Digitalni mikroelektronički sklopovi

Opis predmeta

Uvod. Komponente CMOS digitalnih sklopova. Modeli MOS tranzistora. Topološka pravila CMOS procesa. Programski alati za topološko i električko projektiranje. CMOS invertor - statičke i dinamičke karakteristike, disipacija snage. Kombinacijski CMOS logički sklopovi - komplementarni, omjerni, prijenosni, dinamički. Sekvencijski CMOS sklopovi - osnovni i složeni bistabili. Linije i prospoji - parametri i modeli prospojnih linija, problemi razvođenja linija. Aritmetički CMOS sklopovi - zbrajala, množila, sklopovi za posmak. Memorijski CMOS sklopovi - topološka organizacija, sklopovske izvedbe jezgre memorije, periferni sklopovi. Ulazno/izlazni sklopovi.

Opće kompetencije

Upoznavanje specifičnih sklopovskih rješenja CMOS digitalnih mikroelektroničkih sklopova. Ovladavanje postupcima topološkog i električkog projektiranja digitalnih mikroelektroničkih sklopova.

Ishodi učenja

  1. razlikovati ulogu pojedinih slojeva tehnološke strukture u realizaciji CMOS sklopova
  2. prepoznati različite vrste CMOS digitalnih sklopova
  3. analizirati osnovne digitalne CMOS sklopove
  4. preurediti svojstva CMOS sklopa s dimenzijama tranzistora
  5. procijeniti ponašanje digitalnih CMOS sklopova
  6. usporediti svojstva pojedinih vrsta CMOS digitalnih sklopova
  7. odabrati vrste osnovnih CMOS sklopova za realizaciju složenijih sustava
  8. procijeniti opravdanost integracije digitalnog sustava na čipu

Oblici nastave

Predavanja

predavanja

Konzultacije

konzultacije

Seminari

seminari

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Seminar/Projekt 0 % 15 % 0 % 15 %
Međuispit: Pismeni 0 % 30 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 30 %
Završni ispit: Usmeni 25 %
Ispit: Pismeni 0 % 50 %
Ispit: Usmeni 35 %

Tjedni plan nastave

  1. Uvod. Razvoj mikroelektroničkih sklopova. CMOS tehnologija.
  2. Elementi CMOS integriranih sklopova. MOS tranzistor (strujno-naponske karakteristike, parazitni parametri).
  3. Skaliranje MOS tranzistora, SPICE modeli MOS tranzistora. Analitički model MOS tranzistora za digitalne sklopove. Ostali elementi CMOS procesa. CMOS invertor - osnovna svojstva. Statička analiza CMOS invertora (prijenosna karakteristika, granice smetnji).
  4. Dinamička analiza CMOS invertora (parazitni kapaciteti, nadomjesni otpori, minimizacija vremena kašnjenja). Disipacija snage CMOS invertora.
  5. Prospajanje. Parametri prospojnih linija (kapacitet, otpor, induktivitet). Modeliranje linija (idealna prospojna linija, koncentrirani C model, koncentrirani RC model, model raspodijeljene rc linija, model prijenosne linije). Skaliranje linija.
  6. Problemi razvođenja linija napajanja i linija impulsa takta. Kombinacijski CMOS logički sklopovi, Komplementarni kombinacijski CMOS sklopovi. Realizacija NI, NILI i složenih logičkih funkcija.
  7. Optimiranje komplementarnih CMOS sklopova. Omjerni logički sklopovi (pseudo NMOS) Prijenosni CMOS sklopovi.
  8. Međuispit
  9. Dinamički CMOS kombinacijski sklopovi (Domino sklopovi). Sekvencijski CMOS sklopovi, Osnovni sklop bistabila. Statički sekvencijski CMOS sklopovi temeljeni na multipleksoru.
  10. Složeni statički bistabili. Dinamički CMOS sekvencijski sklopovi. Problem impulsa takta. Sekvencijski sklopovi neosjetljivi na preklapanje impulsa takta.
  11. Druge vrste sekvencijskih CMOS sklopova. Ostali mutivibratori (Schmittov okidni sklop, monostabil, astabil). Memorijski CMOS sklopovi. Osnovna svojstva i tipovi CMOS memorija. Topološka organizacija memorijskog sklopa.
  12. Sklopovska izvedba jezgre upisno-ispisne CMOS memorije (statička i dinamička memorija). Periferni memorijski sklopovi.
  13. Ispisne CMOS memorije. Aritmetički CMOS sklopovi, Zbrajala (binarno zbrajanje).
  14. Sklopovske realizacije CMOS zbrajala. Logičko projektiranje CMOS zbrajala.
  15. CMOS množila (definicija množenja), Sklopovske realizacije CMOS množila. Sklopovi za posmak.

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Elektronika (profil)
Teorijski predmeti profila (2. semestar)

Literatura

Ž. Butković (2014.), Digitalni mikroelektronički sklopovi, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Zagreb - interna skripta
J.M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolić (2003.), Digital Integrated Circuits - A Design Perspective, 2nd ed., Prentice Hall
R.J. Baker (2010.), CMOS - Circuit Design, Layout, and Simulation, 3rd ed., IEEE Press & Wiley-Interscience
N.H. E. Weste, D. Harris (2011.), CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective, 4th ed., Addison-Wesley

Izvedba

ID 34549
  Ljetni semestar
5 ECTS
R1 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
0 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe
0 Konstrukcijske vježbe

Ocjenjivanje

87 izvrstan
75 vrlo dobar
62 dobar
50 dovoljan