Moodle FEL ČVUT
Integrated System Structures
B241 - Zimní 24/25
Toto je tzv. shluknutý kurz. Skládá se z několika samostatných předmětů, které sdílejí výukové materiály, úkoly, testy apod. Níže si můžete zobrazit informace o jednotlivých předmětech tvořících tento shluk.
Integrated System Structures - BE2M34SIS
Hlavní kurz
| Kredity | 6 |
| Semestry | zimní |
| Zakončení | Zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | angličtina |
| Rozsah výuky | 2P+2C |
Anotace
Seznámení s metodologiemi návrhu analogových, digitálních a optoelektronických integrovaných systémů. Detailní popis technologických procesů pro výrobu IO; Technologie CMOS a její moderní submikronové trendy; topologie, návrhová pravidla. Technologie mikro-elektro-mechanických integrovaných systémů MEMS.
Cíle studia
Student bude rozumět problematice návrhu integrovaných obvodů a integrovaných systémů.
Osnovy přednášek
1. Historický přehled vývoje integrovaných systémů a integrovaných obvodů, metody návrhu, současné trendy.
2. Metodologie návrhu analogových, digitálních a mix-signal integrovaných systémů (top down, bottom up), úrovně abstrakce návrhu, Aplikačně specifické integrované systémy, typy, zásady hierarchie, porovnání vlastností, ekonomika návrhu
3. Technologický proces výroby integrovaných obvodů - materiály, příprava substrátů, druhy litografie (DUV, EUV, Elektronová, X-Ray), leptání (Plazmatické, Iontové)
4. Technologický proces výroby integrovaných obvodů - iontová implantace, difúze, epitaxní růst, metody nanášení vrstev CVD, PVD, Planarizace, Metalické spoje, pouzdření integrovaných obvodů
5. Základní CMOS proces, technologický postup výroby, topologické masky, metody izolací, druhy CMOS procesů, technologie propojování
6. Moderní technologie IO, submikronové technologie, SOI technologie, technologie "Strained silicon", RF IO, víceúrovňová metalizace (dual Damascene).
7. Prostředky pro návrh IO, simulace a testování mikroelektronických systémů. Metodologie návrhu digitálních, analogových a smíšených integrovaných systémů. Druhy analýz (DC, Transient, AC, Noise, PSS, PAC?)
8. Návrh analogového integrovaného systému - technologické požadavky, abstrakce analogového návrhu a hierarchické členění (Hierarchy editor), modely a knihovny pro analogové bloky; Návrh topologie, návrhová pravidla, parazitní struktury, extrakce parazitních analogových struktur, tvorba analogových knihoven.
9. Návrh číslicového integrovaného systému, technologické požadavky, specifikace a metody abstrakce digitálního návrhu. Výběr technologie (Design Kit), Popis pomocí HDL jazyků, Syntéza.
10. Fyzická syntéza číslicového obvodu - návrh topologie čipu, rozmístění, propojení; kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních vlivů. Rozmisťování funkčních bloků, zásady, rozvod napájení a hodin, význam verifikace.
11. Specifika smíšeného návrhu (mix-signal), technologické požadavky, specifikace návrhu, hierarchické členění, knihovny modely pro analogové a digitální bloky. Metody spojení analogových a digitálních bloků.
12. Návrh a technologie mikro-elektro-mechanických integrovaných systémů MEMS, technologie, aplikace
13. Testování a diagnostika integrovaných systémů - význam a fáze testování, návrh pro výrobní proces a výtěžnost, používané metody
14. Rezerva
2. Metodologie návrhu analogových, digitálních a mix-signal integrovaných systémů (top down, bottom up), úrovně abstrakce návrhu, Aplikačně specifické integrované systémy, typy, zásady hierarchie, porovnání vlastností, ekonomika návrhu
3. Technologický proces výroby integrovaných obvodů - materiály, příprava substrátů, druhy litografie (DUV, EUV, Elektronová, X-Ray), leptání (Plazmatické, Iontové)
4. Technologický proces výroby integrovaných obvodů - iontová implantace, difúze, epitaxní růst, metody nanášení vrstev CVD, PVD, Planarizace, Metalické spoje, pouzdření integrovaných obvodů
5. Základní CMOS proces, technologický postup výroby, topologické masky, metody izolací, druhy CMOS procesů, technologie propojování
6. Moderní technologie IO, submikronové technologie, SOI technologie, technologie "Strained silicon", RF IO, víceúrovňová metalizace (dual Damascene).
7. Prostředky pro návrh IO, simulace a testování mikroelektronických systémů. Metodologie návrhu digitálních, analogových a smíšených integrovaných systémů. Druhy analýz (DC, Transient, AC, Noise, PSS, PAC?)
8. Návrh analogového integrovaného systému - technologické požadavky, abstrakce analogového návrhu a hierarchické členění (Hierarchy editor), modely a knihovny pro analogové bloky; Návrh topologie, návrhová pravidla, parazitní struktury, extrakce parazitních analogových struktur, tvorba analogových knihoven.
9. Návrh číslicového integrovaného systému, technologické požadavky, specifikace a metody abstrakce digitálního návrhu. Výběr technologie (Design Kit), Popis pomocí HDL jazyků, Syntéza.
10. Fyzická syntéza číslicového obvodu - návrh topologie čipu, rozmístění, propojení; kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních vlivů. Rozmisťování funkčních bloků, zásady, rozvod napájení a hodin, význam verifikace.
11. Specifika smíšeného návrhu (mix-signal), technologické požadavky, specifikace návrhu, hierarchické členění, knihovny modely pro analogové a digitální bloky. Metody spojení analogových a digitálních bloků.
12. Návrh a technologie mikro-elektro-mechanických integrovaných systémů MEMS, technologie, aplikace
13. Testování a diagnostika integrovaných systémů - význam a fáze testování, návrh pro výrobní proces a výtěžnost, používané metody
14. Rezerva
Osnovy cvičení
1. Úvod do Unixu a návrhového systému CADENCE. (PC Lab)
2. Knihovny technologií CMOS, Simulace analogových IO, Simulátor Spectre. (PC Lab)
3. Vlastnosti logických hradel a přenosového hradla CMOS. (PC Lab)
4. Ukázka analogového návrhu, tvotba testů. (PC Lab)
5. Vliv technologického rozprylu, Simulace v rozích (Corner analysis), Simulace Monte Carlo. (PC Lab)
6. Návrh topologie analogového IO. (PC Lab)
7. Návrh topologie analogového IO. (PC Lab)
8. Kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních kapacit. (PC Lab)
9. Ukázka Digitálního návrhu, simulace. (PC Lab)
10. Syntéza a verifikace digitálního návrhu. (PC Lab)
11. Návrh struktur optických součástek pro informatiku a optické senzory. (PC Lab)
12. Návrh struktur optoelektronických součástek pro informatiku a optoelektronické senzory, náhradní elektrické obvody optoelektronických součástek. (PC Lab)
13. Základní principy návrhu optických a optoelektronických integrovaných obvodů. (PC Lab)
14. Presentace prací, zápočet. (PC Lab)
2. Knihovny technologií CMOS, Simulace analogových IO, Simulátor Spectre. (PC Lab)
3. Vlastnosti logických hradel a přenosového hradla CMOS. (PC Lab)
4. Ukázka analogového návrhu, tvotba testů. (PC Lab)
5. Vliv technologického rozprylu, Simulace v rozích (Corner analysis), Simulace Monte Carlo. (PC Lab)
6. Návrh topologie analogového IO. (PC Lab)
7. Návrh topologie analogového IO. (PC Lab)
8. Kontrola návrhových pravidel, extrakce parazitních kapacit. (PC Lab)
9. Ukázka Digitálního návrhu, simulace. (PC Lab)
10. Syntéza a verifikace digitálního návrhu. (PC Lab)
11. Návrh struktur optických součástek pro informatiku a optické senzory. (PC Lab)
12. Návrh struktur optoelektronických součástek pro informatiku a optoelektronické senzory, náhradní elektrické obvody optoelektronických součástek. (PC Lab)
13. Základní principy návrhu optických a optoelektronických integrovaných obvodů. (PC Lab)
14. Presentace prací, zápočet. (PC Lab)
Literatura
Michael Smith: Application-Specific Integrated Circuits, Addison-Wesley, 2008
P. Gray, P Hurst, s. Lewis, R. Mayer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley and Sons, 2000
E. Sinencio, A. Andreou: Low-Voltage/Low-Power Integrated Circuits and Systems, John Wiley and Sons, 2008
Mark Zwolinski : Digital System Design and VHDL , Prentice-Hall, 2000
moodle.fel.cvut.cz
P. Gray, P Hurst, s. Lewis, R. Mayer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley and Sons, 2000
E. Sinencio, A. Andreou: Low-Voltage/Low-Power Integrated Circuits and Systems, John Wiley and Sons, 2008
Mark Zwolinski : Digital System Design and VHDL , Prentice-Hall, 2000
moodle.fel.cvut.cz
Požadavky
Student musí dobře rozumět principu funkce elektronických součástek (unipolární, bipolární tranzistor) a obvodové analýze. Předpokládá se znalost modelování a simulace elektronických obvodů.
Systems on Chip - BE4M34ISC
| Kredity | 6 |
| Semestry | zimní |
| Zakončení | Zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | angličtina |
| Rozsah výuky | 2P+2L |
Anotace
Role návrháře integrovaných systémů, úrovně abstrakce návrhu - Y diagram. Definování specifikací studie proveditelnosti, kritéria výběru vhodné technologie. Metodiky návrhu analogových, digitálních a smíšených integrovaných systémů. Aplikačně specifické integrované systémy - plně zákaznický návrh, hradlová pole, standardní buňky, programovatelné obvody. Mobilní IO s nízkou spotřebou. Jazyky HDL, logická a fyzická syntéza systému, Front End a Back End návrh, problematika rozmístění, časové analýzy, návrh testů a testovatelnost integrovaných systémů.
Cíle studia
None
Osnovy přednášek
1.Úloha a význam návrháře analogových a digitálních integrovaných systémů. Metodologie návrhu analogových a digitálních integrovaných systémů (top down, bottom up), úrovně abstrakce návrhu
2.Aplikačně specifické integrované systémy, typy, zásady hierarchie, porovnání vlastností, ekonomika návrhu
3.Plně zákaznický návrh, metodologie analogového a smíšeného návrhu. Kriteria výběru vhodné technologie.
4.CAD prostředky a metodologie pro návrh analogových a smíšených integrovaných obvodů, návrhy RF systémů, mobilních low power systémů.
5.Automatické generování analogových behaviorálních modelů, metodologie návrhu "zdola nahoru", makrobloky
6.Metodologie a principy návrhu analogově číslicových integrovaných systémů, prostředky automatizovaného návrhu CAD, Funkční a časové simulace, simulace, formální verifikace
7.Jazyky VHDL, Verilog, Verilog-A, Verilog-AMS.
8.Prostředky a metodologie automatizovaného návrhu digitálních integrovaných systémů
9.Návrh "Front End" - funkční specifikace, RTL, Logická syntéza, Gate-level netlist, generování behaviorálních stimulů
10.Návrh "Back End" - Výběr technologie (Design Kit), Mapování návrhu, Návrh rozmístění (Floorplanning), propojení (place and route), layout, Extrakce parazitních vlivů, layout versus schéma (LVS).
11.Metody fyzické syntézy, Rozmisťování funkčních bloků, zásady, rozvod napájení, výpočet a simulace průchodnosti propojení, verifikace
12.Rozvod hodinových signálů, výpočet zpoždění, statické a dynamické časové analýzy
13.Testování, návrh testů, verifikace návrhu.
14.Technologická realizace, verifikace integrovaných systémů, problematika převodu návrhu systému mezi jednotlivými technologiemi.
2.Aplikačně specifické integrované systémy, typy, zásady hierarchie, porovnání vlastností, ekonomika návrhu
3.Plně zákaznický návrh, metodologie analogového a smíšeného návrhu. Kriteria výběru vhodné technologie.
4.CAD prostředky a metodologie pro návrh analogových a smíšených integrovaných obvodů, návrhy RF systémů, mobilních low power systémů.
5.Automatické generování analogových behaviorálních modelů, metodologie návrhu "zdola nahoru", makrobloky
6.Metodologie a principy návrhu analogově číslicových integrovaných systémů, prostředky automatizovaného návrhu CAD, Funkční a časové simulace, simulace, formální verifikace
7.Jazyky VHDL, Verilog, Verilog-A, Verilog-AMS.
8.Prostředky a metodologie automatizovaného návrhu digitálních integrovaných systémů
9.Návrh "Front End" - funkční specifikace, RTL, Logická syntéza, Gate-level netlist, generování behaviorálních stimulů
10.Návrh "Back End" - Výběr technologie (Design Kit), Mapování návrhu, Návrh rozmístění (Floorplanning), propojení (place and route), layout, Extrakce parazitních vlivů, layout versus schéma (LVS).
11.Metody fyzické syntézy, Rozmisťování funkčních bloků, zásady, rozvod napájení, výpočet a simulace průchodnosti propojení, verifikace
12.Rozvod hodinových signálů, výpočet zpoždění, statické a dynamické časové analýzy
13.Testování, návrh testů, verifikace návrhu.
14.Technologická realizace, verifikace integrovaných systémů, problematika převodu návrhu systému mezi jednotlivými technologiemi.
Osnovy cvičení
1.Návrhový systém CADENCE (PC Lab)
2.Popis knihoven technologií CMOS, (PC Lab)
3.Ukázka postupu smíšeného návrhu, význam hierarchického členění, abstrakce bloků. (PC Lab)
4.Ukázka postupu smíšeného návrhu, simulace, definování rozhraní, simulátor Spectre AMS. (PC Lab)
5.Ukázka postupu smíšeného návrhu, jazyky HDL. (PC Lab)
6.Analogový layout, extrakce parazitik, kontrola návrhových pravidel. (PC Lab)
7.Digitální layout (Back end), umístění bloků, propojení, časové analýzy. (PC Lab)
8.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
9.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
10.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
11.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
12.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
13.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
14.Prezentace semestrálního projektu, zápočet (PC Lab)
2.Popis knihoven technologií CMOS, (PC Lab)
3.Ukázka postupu smíšeného návrhu, význam hierarchického členění, abstrakce bloků. (PC Lab)
4.Ukázka postupu smíšeného návrhu, simulace, definování rozhraní, simulátor Spectre AMS. (PC Lab)
5.Ukázka postupu smíšeného návrhu, jazyky HDL. (PC Lab)
6.Analogový layout, extrakce parazitik, kontrola návrhových pravidel. (PC Lab)
7.Digitální layout (Back end), umístění bloků, propojení, časové analýzy. (PC Lab)
8.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
9.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
10.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
11.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
12.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
13.Semestrální projekt - návrh číslicově analogového IO. (PC Lab)
14.Prezentace semestrálního projektu, zápočet (PC Lab)
Literatura
Michael Smith: Application-Specific Integrated Circuits, Addison-Wesley, 1998
P. Gray, P Hurst, s. Lewis, R. Mayer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley and Sons, 2000
P. Gray, P Hurst, s. Lewis, R. Mayer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley and Sons, 2000
Požadavky
https://moodle.fel.cvut.cz/courses/BE4M34ISC