Kursplan för Introduktion till integrerad kretskonstruktion

Kursplan fastställd 2024-02-02 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnIntroduction to integrated circuit design
  • KurskodMCC092
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEES
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeDatateknik, Elektroteknik
  • InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 15112
  • Max antal deltagare48 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0116 Tentamen 3 hp
Betygsskala: TH		3 hp
  • 31 Okt 2024 fm J
  • 07 Jan 2025 fm J
  • 25 Aug 2025 fm J
0216 Laboration 3 hp
Betygsskala: UG		3 hp
0316 Inlämningsuppgift 1,5 hp
Betygsskala: UG		1,5 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Grundläggande kunskaper om elektrisk kretsteori, analog och digital elektronik, samt digitalteknik och datorteknik. Förmåga att utföra ingenjörsmässiga beräkningar.

Syfte

Kursens övergripande syfte är att introducera studenten till området konstruktion av integrerade CMOS-kretsar, och att ge grundläggande färdigheter i användandet av industriella verktyg för Electronic Design Automation (EDA) och i att förstå dessas roll i konstruktionsflödet för integrerade kretsar. Teknologioberoende modeller för effektförbrukning och signalfördröjning presenteras, vilket ger studenten generiska verktyg för att beräkna sådana prestandaegenskaper hos kretsar i såväl dagens och morgondagens CMOS-teknologier.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • konstruera statiska CMOS-grindar (pull-up-nät och pull-down-nät) och implementera dessa som standardceller.
  • från enkla MOS-transistor-modeller, uppskatta statiska och dynamiska egenskaper hos CMOS inverterare och använda dessa egenskaper för att modellera komplexa grindar.
  • härleda parametrar för normaliserad fördröjning med "logical effort" från kretsdiagram eller layout, och använda dessa parametrar för att uppskatta och avväga prestandamått såsom fördröjning för kritiska vägar och effektförbrukning i nutida och framtida CMOS-teknologier.
  • finna kritiska vägar i mer komplexa kombinatoriska kretsar, såsom adderare, och bestämma och minimera dessas fördröjningar.
  • analysera ledningsfördröjningsdominerade fall såsom klockdistribution och global ledningdragning och föreslå lämpliga buffringsmetoder för att minimera fördröjning och fördröjningsskillnader.
  • designa enkla sekventiella system som uppfyller set-up- och hålltidskrav för klockade kretsar, inklusive effekten av metastabilitet vid synkronisering.
  • analysera dynamisk och statisk effektförbrukning på krets och chipp-nivå samt föreslå lämpliga metoder för begränsning av total energi och effekt.
  • använda automatiserade konstruktionsverktyg av industriellt snitt för att konstruera grundläggande kretselement i enlighet med det konstruktionsflöde som sådana verktyg stöder.

Innehåll

  • Introduktion till CMOS integrerad kretskonstruktion; grundläggande byggblock, teknologiplattformar och konstruktionsverktyg.
  • Introduktion till kretskonstruktionsflödet: schemainmatning, kretssimulering, layout, regelkontroller, verifiering av layout-vs-schema. Praktisk färdighetsträning i användandet av electronic design automation (EDA) verktyg av industriellt snitt.
  • MOS-transistorn som digital switch.
    • Tvåporten som statisk och dynamisk modell
  • Inverteraren - det grundläggande digitala byggblocket.
    • Statiska egenskaper - överföringskarakteristiken, omslagsspänning, störmarginaler.
    • Dynamiska egenskaper - RC-fördröjningsmodellen, buffertdimensionering, processhörn.
    • Dynamisk effektförbrukning vid omslag och statiska läckströmmar.
  • CMOS-logik. Konstruktion av logiska grindar med pull-up och pull-down block.
    • Tvåporten som dynamisk switchmodell. Ingångskapacitans och drivförmåga.
    • Teknologioberoende fördröjningsmått. Definition av logical effort, parasitfördröjning och electrical effort (fanout).
    • Kritiska vägar. Optimering av grindars drivförmåga för minimal vägfördröjning.
  • Grundläggande kretslayout med standardcellmallar.
  • Adderaren som demonstrator. Ripple carry, carry look-ahead, och prefixträdsadderare.
  • Ledningar och ledningsfördröjningar. RC-tvåporten som ledningsmodell. Elmore's fördröjningsmodell. Repeterare.
  • Latchar och vippor. Setup- och hålltidskrav. Metastabilitet, inklusive praktiska metoder för hantering.
  • Statisk och dynamisk effektförbrukning. Kraftförsörjning och klockdistribution. Metoder för  begränsning av statisk och dynamisk energi- och effektförbrukning såsom klock- och effektstyrning,

Organisation

Kursen är en systerkurs till den parallella kursen "Konstruktion av digitala elektroniksystem" som huvudsakligen håller sig på en systemnivå. Kursen leder studenten från MOS-transistorn till delsystem som adderare och datavägar i aritmetiskt/logiska enheter.

Kursen är organiserad i teman med föreläsningar, inlämningsuppgifter och konstruktionsuppgifter i form av en serie praktiska laborationsövningar med EDA-verktyg av industriellt snitt. Varje laborationspass är förknippat med en förstudieuppgift och en avslutande diskussion efter labben.

Litteratur

CMOS VLSI Design 4th edition, Weste & Harris, Addison Wesley, ISBN-10: 0321547748, ISBN-13: 9780321547743


Examination inklusive obligatoriska moment

Obligatoriska laborationer, obligatoriska inlämningsuppgifter (ca en per vecka) och skriftlig tentamen. För godkänt krävs 50% på den skriftliga tentamen. Inlämningsuppgifterna kan ge bonuspoäng som kan användas för att uppnå betyg fyra eller fem. Bonuspoäng kan inte användas för att uppnå godkänt (betyg tre).

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.