MCRE: Microelectrónica

Descripción de la asignatura Microelectrónica, de 4º curso, especialidad Electrónica.

Curso 2013/2014

AVISOS IMPORTANTES

  • Cambio de aula: A partir del día 18 de febrero las clases serán en el aula A-206.
  • Comienzo del curso: martes 11 de Febrero 2014 a las 15h en el aula B3.

 




Objetivos


La asignatura "Microelectrónica" persigue un doble objetivo. Por un lado, es una extensión natural de la asignatura "Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos", troncal de segundo ciclo, de modo que permite continuar la formación de los Ingenieros de Telecomunicación que quieran seguir una especialidad de sistemas electrónicos, o bien es un buen complemento para los futuros ingenieros software que deseen tener una visión más completa de sistemas (hardware-software). Por otro, está suficientemente próxima al interés de los ingenieros "microelectrónicos", más centrados en tecnologías, procesos y dispositivos, planteándoles los requerimientos de los circuitos y sistemas que hacen uso de dichas tecnologías.

En efecto, los ingenieros de sistemas profundizarán en esta asignatura en los aspectos de diseño de "sistemas integrados", en especial digitales (circuitos integrados de aplicación específica - ASICs -), extendiento la formación desde las redes predifundidas ("gate arrays") o el diseño basado en células estándar hasta el diseño totalmente a la medida ("full-custom"), y completando la misma con aspectos de vital importancia tales como test o encapsulado. El énfasis se pondrá en la presentación de metodologías que faciliten el manejo de la complejidad inherente a estos sistemas.

Por lo que se refiere a los ingenieros "microelectrónicos", esta asignatura les proporcionará el escalón siguiente al dispositivo, en el que se centrará principalmente su formación de segundo ciclo. Así, un ingeniero que tenga un buen entendimiento de los procesos y los dispositivos, podrá entender en profundidad cómo se realizan los circuitos a partir de los dispositivos, sus características, modelos, limitaciones, etc. Con ello se dará un excelente complemento a su formación principal, a la vez que se le amplía el campo profesional.

En resumen, esta asignatura pretende proporcionar a los futuros diseñadores de sistemas hardware o software o ingenieros microelectrónicos una visión que cubra desde los aspectos de diseño de sistemas hasta los de trazado físico, pasando por sus circuitos y bloques componentes, fundamentalmente centrados en tecnología CMOS, que es la más utilizada hoy en día para el diseño de circuitos de aplicación. Se asegurará también una introducción básica a las estructuras y procesos tecnológicos necesarios en la labor de diseño de circuitos integrados.


Programa

  1. Introducción al diseño de ASICs
      Diseño VLSI
      Herramientas CAD
      Representación de circuitos y sistemas
  2. Lógica nMOS y CMOS:
      Diagramas de Barras
      Lógica de conmutación
  3. Transistores: su funcionamiento
    1. Inversores
      Lógica de puertas
  4. Procesos básicos de fabricación CMOS. Reglas de diseño
      Tecnología de semiconductores de silicio
      Proceso CMOS básico
      Reglas de diseño
  5. Caracterización del circuito
      Resistencia 
      Capacidad 
      Características de conmutación. Retardo 
      Excitación de grandes capacidades (dimensionado de los transistores de una puerta CMOS) 
      Consumo de potencia (estática y dinámica). Dimensionado de las pistas de alimentación;
      "Latchup"
  6. Lógica secuencial
      Sistema de temporización
      Registros
      Pila (FIFO)
  7. Temporización
      Criterio estricto de dos fases 
      Extensiones a la temporización básica 
      Generación de la señal de reloj 
      Otras alternativas de temporización 
      Estructuras lógicas CMOS temporizadas;
  8. Diseño de Subsistemas (1): 
      PLA, 
      Máquina de estados finitos 
  9. Diseño de Subsistemas (2):
      Sumadores, Desplazadores 
      Memorias: RAM, ROM
  10. Métodos de diseño CMOS
      Entrada/salida del chip  Diseño estructurado Plano de Base Alternativas de diseño de chips CMOS (Redes predifundidas, biblioteca de células estandar, full-custom, FPGAs, ...)  Aspectos económicos  Hoja de datos ("datasheet")
  11. Test de Circuitos Integrados. Diseño para test
      Necesidad del test
      Controlabilidad, Observabilidad y Modelos de Fallos
      Estrategias de diseño para test:
        Técnicas "ad-hoc"
        Técnicas estructuradas
        Técnicas de auto-test
      Test a nivel de sistema

    Bibliografía

    Evaluación

    La evaluación de la asignatura se realizará a través de un examen escrito de naturaleza marcadamente práctica. En él el alumno, con o sin la utilización de textos de consulta o apuntes según los casos, deberá resolver problemas, diseños o cuestiones basados en los aspectos desarrollados en clase. Asimismo se deben realizar realizar algunos trabajos prácticos y ejercicios.

    Profesorado

    Imparten la asignatura:

    Documentación

    Documentos de clase


    Micronews

      Ejercicios propuestos

      Proyecto final

      Notas de utilidad

      - Información sobre contadores: Libro Weste&Eshraghian, chap. 8 págs 539-541.

      Enlaces

      Revistas

      • EE Times (www.eetimes.com) Noticias de la industria electrónica para Ingenieros Electrónicos (Electrical Engineering) y gestores de ingeniería.
      • Electronic Design (www.elecdesign.com). Tecnologías emergentes para soluciones de diseño.
      • EDN (www.e-insite.net/ednmag/) Información técnica sobre circuitos analógicos, ASICs, de Comunicaciones, DSP, Herramientas EDA, Sistemas Empotrados, Memoria, Microprocesadores, Multimedia, Potencia, Lógica Programable, Test.
      • EE Design (www.eedesign.com) Herramientas de diseño y metodologías.
      • Electronic Business News (www.ebnews.com/) Productos y Mercados, resultados trimestrales de empresas del sector.
      • Semiconductor Business News (www.siliconstrategies.com/) Noticias técnicas, de productos, de fabricantes.
      • Solid State Technology (sst.pennnet.com) Semiconductores, fabricación de obleas, circuitos integrados, procesos, equipos, etc.
      • Mundo Electrónico (www.mundo-electronico.com) Semiconductores, Componentes Electrónicos, Instrumentación Electrónica y Telecomunicaciones – española.

      Cursos de diseño VLSI

      - Imperial College London
      - Universidad de Texas