mcre_2009

MCRE: Microelectrónica

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

Curso 2008/2009

AVISOS IMPORTANTES

  • [Nuevo!]Comienzo del curso: martes 11 de Febrero 2010.

 




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 -), estendiento 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 
      Transistores: su funcionamiento 
      Inversores 
      Lógica de puertas
  3. Procesos básicos de fabricación CMOS. Reglas de diseño
      Tecnología de semiconductores de silicio 
      Proceso CMOS básico 
      Reglas de diseño 
      "Latchup"
  4. Lógica secuencial
      Sistema de temporización 
      Registros 
      Pila (FIFO)
  5. Diseño de Subsistemas (1): PLA, Máquina de estados finitos
  6. 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
  7. 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.
  8. 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")
  9. 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
  10. Diseño de Subsistemas (2):
      Sumadores, Desplazadores 
      Memorias: RAM, ROM
  11. Diseño de un sistema digital complejo

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 podrá realizar algunos trabajos prácticos o ejercicios de carácter optativo.

Profesorado

Imparten la asignatura: 

Documentación

Documentos de clase

Ejercicios propuestos

  • Ejercicio 1. Debe resolverse de forma individual. Fecha de entrega: 5 marzo 2009.
  • Ejercicio 2: Manejo de Microwind. Fecha de entrega: 17 marzo 2009, por correo electrónico a {pituero,marisa}_at_die.upm.es
  • Ejercicio 3: Sistemas Combinacionales. Fecha de entrega: 16 abril 2009, por correo electrónico a {pituero,marisa}_at_die.upm.es
    • Enunciado
    • Plantilla excel para resultados
    • Nota 1: Para entender la tabla 1del enunciado del ejercicio, es necesario leer la sección 3.1 del documento del proyecto final.
    • Nota 2: La tabla 1 del enunciado del ejercicio contiene un error. La operación COMF, la operación de complemento SÍ se va a implementar, con lo que el asterisco sobra.
    • No hay que implementar ningún control en el ejercicio 3, la ALU es un elemento puramente combinacional.
  • Ejercicio 4: Pila, contador de programa y puertos. Fecha de entrega: 7 de Mayo de 2009 por correo electrónico a {pituero,marisa}_at_die.upm.es. Ampliado el plazo de entrega del ejercicio 4: 23:59 del domingo 10 de Mayo de 2009
  • Ejercicio 5: elementos de memoria. Fecha de entrega: 29 de Mayo de 2009 por correo electrónico a {pituero,marisa}_at_die.upm.
    • ENTREGA CANCELADA, adjuntar junto con la entre del proyecto final.
    • Enunciado

Proyecto final

Foro de dudas

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.

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