11615 - DM 1 - Microelectronic Design I

Last update: 13-05-2015
11615 - DM 1 - Microelectronic Design I
Coordinating unit:
230 - ETSETB - Barcelona School of Telecommunications Engineering
Teaching unit:
710 - EEL - Department of Electronic Engineering
Academic year:
2015
Degree:
DEGREE IN ELECTRONIC ENGINEERING (Syllabus 1992). (Teaching unit Compulsory)
MASTER'S DEGREE IN ELECTRONIC ENGINEERING (Syllabus 2009). (Teaching unit Compulsory)
DEGREE IN TELECOMMUNICATIONS ENGINEERING (Syllabus 1992). (Teaching unit Optional)
Credits:
6
Prior skills
Elementary analogue and digital circuits.
Requirements
Teaching methodology
Learning objectives of the subject
To design and analyse basic analogue and digital circuits for VLSI ICs. Basic contents of the course are: Design
techniques for circuits, electronic systems and specific and semi-specific integrated circuits. Software design tools (level
1).
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Content
1. Introducción al diseño VLSI. Modelos y conceptos básicos. Introducción. Modelo
SPICE del transistor NMOS. Curvas características de un transistor NMOS. Corrección
del valor de la movilidad. Regiones de funcionamiento óhmica-saturación. Curvas
características del transistor PMOS. Corrección de la movilidad. El inversor CMOS.
Implementación de una función lógica estática en tecnología CMOS. Fuente de
corriente.
Degree competences to which the content contributes:
2. Característica estacionaria de los circuitos CMOS. Introducción. Característica
estacionaria del inversor CMOS. Márgenes de ruido en una tecnología CMOS.
Regeneración de los niveles lógicos
Degree competences to which the content contributes:
3. Respuesta dinámica de la tecnología CMOS. Introducción. Definiciones. Tiempo de
bajada. Tiempo de subida. Tiempo de retardo. Concepto de retardo simétrico.
Influencia del fan-in y fan-out en la velocidad de los circuitos combinacionales.
Degree competences to which the content contributes:
4. Modelo de retardo en circuitos digitales. Modelo de retardo basado en las
constantes de tiempo. Termino resistivo. Regla de escalado de la resistencia de un
transistor MOS. Termino Capacitivo. Efecto Miller. Modelo de retardo del inversor
CMOS. Regla de escalado para las capacidades.
Degree competences to which the content contributes:
5. Consumo de potencia en circuitos CMOS y reglas de escalado. Consumo de
potencia en circuitos CMOS. Consumo estacionario. Consumo dinámico. Consumo
dinámico en presencia de carga capacitiva. Consumo dinámico directo (sin carga
capacitiva). Lógica multiumbral para bajo consumo. Escalado de dimensiones de la
tecnología CMOS.
Degree competences to which the content contributes:
6. Comparadores con histéresis y osciladores. Introducción. Comparadores con
histéresis. Comparador con histéresis realimentado. Osciladores digitales. Oscilador
en anillo. Oscilador acoplado por el surtidor.
Degree competences to which the content contributes:
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7. El proceso microelectrónico. Introducción. La microelectrónica. El proceso
tecnológico microelectrónico. Oxidación. Difusión. Implantación iónica. El proceso
CMOS.
Degree competences to which the content contributes:
8. Fundamentos de celdas analógicas. Régimen estacionario y régimen dinámico de
pequeña señal. Modelo de pequeña señal del transistor MOS. Circuito equivalente de
pequeña señal. Cálculo de la ganancia de tensión. Resistencia incremental de un
transistor MOS con VDG=0. Modelo de pequeña señal del transistor bipolar. Modelo
Spice del transistor bipolar. Resistencia incremental del transistor bipolar con
VCB=0.
Degree competences to which the content contributes:
9. Conceptos básicos de celdas amplificadoras. Introducción. Respuesta en
frecuencia de amplificadores. Ancho de banda. El producto ganancia-ancho de banda.
Amplificadores con polo dominante. Amplificadores cascodo.
Degree competences to which the content contributes:
10. Fuentes de corriente. Introducción. El transistor como fuente de corriente.
Tensión mínima y resistencia interna de una fuente de corriente. Espejo de corriente
MOS. Espejo de corriente bipolar. Generación de múltiples corrientes con una sola
referencia. Fuentes de corriente cascodo. Fuentes de corriente Wilson. Fuentes de
corriente independientes de la tensión de alimentación.
Degree competences to which the content contributes:
11. Amplificadores diferenciales. Introducción. Señal diferencial y señal común.
Circuito equivalente en modo diferencial. Circuito equivalente en modo común.
Estudio de un amplificador diferencial con etapa de salida.
Degree competences to which the content contributes:
12. Amplificadores operacionales CMOS. Introducción. Amplificador operacional de
dos etapas. Cálculo de la ganancia diferencial. Slew rate en amplificadores
operacionales.
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Degree competences to which the content contributes:
13. Transistores de paso y biestables. Introducción. Transistores de paso. Puertas de
transmisión CMOS. Circuitos con puertas de transmisión. Realizaciones de biestables.
Biestables síncronos. Biestables usando puertas de transmisión.
Degree competences to which the content contributes:
14. Circuitos BiCMOS. La puerta digital BiCMOS. Característica estacionaria del
inversor. Consumo de potencia. Velocidad. Diseño de puertas BiCMOS. Escalado de la
tecnología.
Degree competences to which the content contributes:
Qualification system
Evaluation %Weight
Practicals and complementary exercises 40%
2 tests 10%
Final examination 50%
Regulations for carrying out activities
Bibliography
Basic:
Baker, R.J. CMOS circuit design, layout, and simulation. 3rd ed. Hoboken, New Jersey: IEEE Press, 2010. ISBN
9780470881323.
Castañer, L.; Jiménez, V.; Bardés, D. Fundamentos de diseño microelectrónico. Barcelona: Edicions UPC, 2002. ISBN
8483016133.
Others resources:
Manual de prácticas
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