Рекомендуется Минобразованием России для специальности 201900 «микросистемная техника» направления подготовки диплом

Вид материала

Диплом

Содержание 2. Схемотехника цифровых интегральных микросхем. 3. Схемотехника аналоговых интегральных микросхем. 4. Схемотехника ИМС на основе программируемых логических матриц (ПЛМ) и базовых матричных кристаллов (МБК). 5. Проектирование интегральных микросхем. 6. Перспективные направления традиционной и нетрадиционной микросхемотехники. Наименование лабораторных работ Темы практических занятий Расчет базового логического элемента на основе МДП транзисторных структур

Подобный материал:

• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 201900 «Микросистемная техника», 153.01kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 201900 «микросистемная техника», 211.1kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 201900 «Микросистемная техника», 159.57kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 201 900 "Микросистемная техника", 144.39kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 072300 "Лазерная техника и лазерные, 145.85kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 072300 "Лазерная техника и лазерные, 275.77kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 072300 "Лазерная техника и лазерные, 454.88kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 190700 Оптико-электронные приборы, 106.31kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 190700 Оптико-электронные приборы, 177.3kb.
• Рекомендуется Минобразованием России для специальности 190700 Оптико-электронные приборы, 235.87kb.

Министерство образования Российской Федерации

УТВЕРЖДАЮ

Начальник Управления образовательных

программ и стандартов высшего и среднего

профессионального образования

___________________ Г.К. Шестаков


«____» _____________ 2000 г.

Примерная программа дисциплины

«МИКРОСХЕМОТЕХНИКА»


Рекомендуется Минобразованием России для специальности

201900 – «микросистемная техника»


направления подготовки дипломированного специалиста

654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА


1. Цели и задачи дисциплины.

Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области цифровых и аналоговых интегральных микросхем, принципов их функционирования, проектирования и применения.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

2.1. Знать:

• современную элементную базу цифровых и аналоговых интегральных микросхем;
  
• принципы построения и функционирования устройств на основе традиционной и нетрадиционной элементной базы микроэлектроники;
  
• основные технические параметры, эксплуатационные характеристики и области применения элементной базы микроэлектроники.
  

2.2. Иметь навыки:

• оптимального выбора элементной базы, анализа и синтеза интегральных схем на основе данных об их функциональном назначении, электрических параметрах и условиях эксплуатации;
  
• работы на оборудовании, используемом при проектировании интегральных микросхем;
  
• оформления конструкторской документации на проектируемое изделие.
  

3. Объем дисциплины и виды учебной работы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
Общая трудоемкость дисциплины	150	8
Аудиторные занятия	85	8
Лекции	51	8
Практические занятия (ПЗ)	17	8
Лабораторные работы (ЛР)	17	8
Самостоятельная работа	65	8
Курсовой проект (работа)	25	8
другие виды самостоятельной работы	40	8
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)		Зачет, экзамен

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции	ПЗ	ЛР
	Введение.	*	—	—
1.	Интегральные микросхемы. Элементная база.	*	*	—
2.	Схемотехника цифровых интегральных микросхем	*	*	*
3.	Схемотехника аналоговых интегральных микросхем	*	*	*
4.	Схемотехника ИМС на основе программируемых логических матрицах и базовых матричных кристаллах.	*	*	*
5.	Проектирование интегральных микросхем	*	*	*
6.	Перспективные направления традиционной и нетрадиционной микросхемотехники.	*	*	*
	Заключение	*	—	—

4.2. Содержание разделов дисциплины

• Введение.
  

Предмет дисциплины и ее задачи. Краткие сведения о развитии микросхемотехники. Особенности микросхемотехники как схемотехники ИМС. Понятия миниатюризация и интеграция; динамика, уровни, цели и задачи. Единство физических, конструктивно-технологических, схемотехнических, функционально-логических, топологических аспектов при проектировании и создании ИМС. Развитие элементной базы несхемотехнической электроники; основные тенденции. Структура, содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами учебного плана и место в подготовке инженеров по специальности 201900.

• 1. Интегральные микросхемы. Элементная база.
  

Классификация и стандартизация интегральных микросхем. Понятия: микроэлектронное изделие, интегральная микросхема (ИМС), элемент и компонент ИМС. Классификация ИМС по конструктивно-технологическому признаку: полупроводниковые, гибридные, пленочные; типу преобразований и обработки сигналов: цифровые, аналоговые; характеру выполняемых функций. Условные обозначения микросхем. Определения и буквенные обозначения основных микросхем. Разработка и оформление документации при проектировании ИМС. Единая система конструкторской документации.

Элементная база интегральных микросхем. Основные схемотехнические элементы ИМС: биполярные и МДП-транзисторы, комплиментарные транзисторные структуры, диоды, резисторы, конденсаторы; выбор физической структуры и топологии. Изоляция и коммутация элементов. Влияние конструктивно-технологических решений на энергетические частотные параметры и условия эксплуатации элементной базы. Законы масштабирования, модели и библиотеки элементов для схемотехнического и топологического синтеза ИМС.

• 2. Схемотехника цифровых интегральных микросхем.
  

Основы функционирования и конструирования цифровых интегральных микросхем. Структура и принципы работы цифровых систем. Основные логические операции и функции; таблица истинности. Понятие логический элемент. Основные логические элементы и их условные обозначения. Логические операции, выполняемые логическими элементами «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ». Электронный ключ; статические и динамические характеристики. Ключевые схемы на биполярных и униполярных транзисторных структурах. Динамические инверторы на МДП транзисторах.

Схемотехническая реализация логических функций. Общая классификация логических ИМС. Эволюция логических ИМС по типу связи между элементами. Базовые логические элементы на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ), интегральной инжекционной логики (И²Л), однотипных и комплиментарных МДП-транзисторов, совмещенных биполярных и униполярных транзисторных структур. Типовые функциональные узлы ИМС на основе логических элементов. Логический элемент как базовая ячейка функционального узла ИМС. Структурные варианты и методы их схемотехнического проектирования; составление таблиц переходов, кодировки внутренних состояний и минимизация функций входов. Асинхронные и синхронные триггеры. Проектирование функциональных узлов последовательного типа на основе триггеров: регистры, счетчики, генераторы чисел. Функциональные узлы комбинационного типа: преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы, сумматоры и полусумматоры, мультиплексоры, программируемые логические матрицы. Методы синтеза структурных схем; минимизация логических функций. Проектирование интегральных микросхем на основе динамических элементов. Динамические логические элементы на МДП-транзисторах. Сочетание логических функций с динамическим. Обеспечение функции хранения информации МДП-структурой. Синхронизация динамических элементов. Двухфазные и четырехфазные динамические элементы и триггеры.

Схемотехнические основы цифровых ИМС на динамических элементах; выбор тактовой частоты и длительности синхроимпульса. Быстродействие и экономичность динамических узлов. Организация полупроводниковых запоминающих устройств. Классификация и основные параметры запоминающих устройств (ЗУ). Схемная и технологическая реализация постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Программируемое и перепрограммируемое ПЗУ. Структура статических оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Реализация статических ОЗУ на биполярных и МДП-транзисторах. Динамическое ОЗУ для ИМС со сверхбольшой емкостью памяти.

• 3. Схемотехника аналоговых интегральных микросхем.
  

Основы схемотехники аналоговых интегральных микросхем. Аналоговые сигналы и функции. Основные и специальные аналоговые функции. Номенклатура аналоговых интегральных микросхем (АИМС). Два принципа схемотехники АИМС (взаимного согласования цепей, избыточности). Элементы аналоговой линейной схемотехники. Дифференциальные каскады и эталоны тока. Входные каскады и выходные цепи АИМС.

Аналоговые, аналого-цифровые и цифро-аналоговые интегральные микросхемы для радиотехнических и вычислительных устройств. Схемотехника операционных усилителей (ОУ); структурные и принципиальные схемы. Схемы включения. Амплитудные и частотные параметры и характеристики. Синтез ОУ. Многофункциональность ОУ. Радиотехнические преобразования на основе аналоговых перемножителей. Амплитудные, частотные и фазовые модуляторы. Схемотехника аналоговых интегральных микросхем для устройств селекции сигналов. АИМС в вычислительных устройствах. Параметры и моделирование интегральных компараторов и перемножителей аналоговых сигналов. Интегральные таймеры.

Методы аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразований. Структурные схемы аналогово-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Элементная база АЦП и ЦАП. Особенности технологической реализации. Схема выборки и хранения аналоговых сигналов. Резистивные матрицы суммирования напряжений и токов. Цифровые фильтры. Управление цифровой логикой от компараторов и операционных усилителей.

• 4. Схемотехника ИМС на основе программируемых логических матриц (ПЛМ) и базовых матричных кристаллов (МБК).
  

Понятия ПЛМ и БМК. Особенности конструирования и функционирования. Конструкторско-технологические решения ПЛМ; ПЛМ с масочным программированием, электрически программируемые и репрограммируемые ПЛМ. Классификация БМК. Схемотехника и конструкция БМК на биполярных и униполярных транзисторных структурах. Реализация полузаказных ИМС на БМК; интеграция, функциональные возможности, быстродействие, энергетические параметры.

• 5. Проектирование интегральных микросхем.
  

Основы логического и схемного проектирования ИМС. Основные этапы разработки и создания ИМС. Уровни представления и этапы проектирования ИМС. Связь логического, схемного и топологического уровней проектирования ИМС.

Логическое проектирование. Варификация, методы оптимизации.

Схемное проектирование. Методы анализа синтеза схем на бипоярных и униполярных транзисторных структурах. Методы проектирования с учетом тестируемости и самотестируемости ИМС. Автоматизация процедур логического и схемного проектирования.

Топологическое проектирование ИМС. Основные этапы проектирования топологии ИМС. Методы и алгоритмы компоновки, размещения элементов и трассировки соединений. Правила топологического проектирования межэлементной изоляции. Построение топологии основных логических элементов на основе биполярных и униполярных транзисторных структур. Особенности проектирования топологии ИМС на основе ПЛМ БМК. Организация САПР топологии ИМС. Метод кремниевой компиляции.

• 6. Перспективные направления традиционной и нетрадиционной микросхемотехники.
  

Элементная база для сверхскоростной обработки информации. Конструктивно-технологические особенности элементной базы для сверхскоростных ИМС; физические ограничения на быстродействие и энергопотребление. Элементная база ИМС на основе арсенида галлия; полевые транзисторы с барьером Шоттки, гетеропереходом, двумерным электронным газом. Логические элементы на сверхпроводниках. ИМС на элементах Джозефсона.

Радиокомпоненты с аппликативной топологией. Приборы на поверхностных акустических и магнитостатических волнах (ПАВ и МСВ). Связь конструктивных, электрофизических функциональных параметров. Конструирование многофункциональных устройств на ПАВ, МСВ.

Современное состояние работ в области приборов с зарядовой связью и цилиндрических магнитных доменах (ПЭС и ЦМД).

Современная архитектура и организация процессорных сред. Общие принципы организации микропроцессоров; основные элементы архитектуры. Ассоциативные процессоры; структура памяти, реализация ассоциативных ЗУ с параллельными и последовательным доступом. Однородные вычислительные среды. Принципы организации и функционирования однородной вычислительной среды; перестраиваемость структуры, параллелизм процессов; ассоциативная обработка информации. Реализация вычислительных сред с нейроподобной структурой.

• Заключение
  

Методы обратного топологического проектирования. Перспективы развития схемотехнической и несхемотехнической интеграции. Функциональные биомодули и самоорганизующиеся среды для физической имитации интеллектуальных функций.


5. Лабораторные и практические занятия.

5.1. Лабораторный практикум.

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1.	1
2.	2	Исследование электронного ключа на биполярных транзисторных структурах Исследование электронного ключа на униполярных транзисторных структурах Исследование статических характеристик логической ИМС Исследование динамических характеристик логической ИМС
3.	3	Исследование интегрального операционного усилителя Исследование аналого-цифрового преобразователя Исследование цифро-аналогового преобразователя
4.	4	Изучение топологии БИС на основе ПЛМ Изучение топологии БИС на основе БМК
5.	5	Логическое проектирование функционального узла ИМС Схемотехническое проектирование логического узла ИМС
6.		Изучение работы запоминающего устройства на цилиндрических магнитных доменах Изучение топологии и характеристик полосового фильтра на ПАВ Изучение топологии и характеристик микропроцессора

5.2. Рекомендуемый перечень практических занятий.

№ п/п	№ раздела дисциплины	Темы практических занятий
1	1	Стандартизация микросхем. Маркировка. Определения и буквенные обозначения Выбор физической структуры и топологии биполярного транзистора в ИМС Выбор физической структуры и топологии МДП транзистора в ИМС
2.	2	Расчет базового логического элемента на основе биполярных транзисторных структур Расчет базового логического элемента на основе МДП транзисторных структур
3.	3	Расчет операционного усилителя Расчет узла интегрального компаратора
4.	4	Оценка временных задержек в узлах ИМС на ПЛМ Оценка временных задержек в узлах ИМС на БМК
5.	5	Схемотехнический синтез логического узла ИМС на биполярных транзисторных структурах Схемотехнический синтез логического узла ИМС на МДП транзисторных структурах Построение топологии логического узла ИМС на биполярных транзисторных структурах Построение топологии логического узла ИМС на МДП транзисторных структурах
6.	6	Расчет фильтра на поверхностных акустических волнах Расчет фильтра на магнитостатических волнах

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.


6.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

1. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника.: Учебное пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1988.
   
2. Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. –Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000.
   
3. Схемотехника ЭВМ/под ред. Г.Н. Соловьева: Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1985.
   
4. Пономарев М.Ф., Коноплев В.К., Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров. -М.: Радио и связь, 1986.
   
5. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование /под ред. Л.А. Коледова: Учебное пособие для вузов. -М.: Высшая школа, 1984.
   
6. Казенков Г.Г., Кремлев В.Я. Полупроводниковые интегральные микросхемы.: Учебное пособие для вузов. -М.: Высшая школа, 1987.
   
7. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. -М.:Мир, 1988.
   
8. Казенков Г.Г, Соколов А.Г. Принципы и методология построения САПР БИС. -М.:Высшая школа, 1990.
   
9. Савельев П.В., Коняхин В.В. Функционально- логическое проектирование БИС. -М: Высшая школа, 1990.
   
10. Кремлев В.Я. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС. -М.: Высшая школа, 1990.
    
11. Казенков Г.Г., Щемелин В.М. Топологическое проектирование нерегулярных БИС. -М.: Высшая школа,1990.
    

б) дополнительная литература:

1. Дофман В.Ф., Иванов Л.В. ЭВМ и ее элементы. -М.: Радио и связь, 1988.
   
2. Сугано Т., Икома Т., Такэиси Е. Введение в микроэлектронику. -М.: Мир, 1988.
   
3. Фути К., Судзуки Н. Язык программирования и схемотехника СБИС. -М.: Мир, 1988.
   
4. Проектирование СБИС / под ред. Г.Б. Звороно. -М.: Мир, 1988.
   
5. Киносита К., Асада К., Карацу О. Логическое проектирование СБИС. -М.: Мир, 1988.
   
6. Аваев Н.А., Наумов Ю.Е. Элементы сверхбольших интегральных схем. -М: Радио и связь, 1986.
   
7. Пономарев М.Ф., Коноплев Б.Г. базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы. -М.: Высшая школа, 1987.
   
8. Быстродействующие матричные БИС и СБИС. Теория и проектирование. -М.: Радио и связь, 1989.
   
9. Электроника СБИС. Проектирование микроструктур./ Под ред. Н. Айнспрука. -М.: Мир, 1989.
   
10. Мурога С. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем. -М.: Мир, 1985.
    
11. Электроника. Справочная книга. под ред. Быстрова Ю.А. – Санкт-Петербург. Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отделение, 1996.
    
12. Абрайтис Л.Б. Автоматизация проектирования топологии цифровых интегральных схем. -М.: Радио и связь, 1985.
    
13. Автоматизированное проектирование СБИС на базовых кристаллах / А.И. Петренко и др. -М.: Радио и связь, 1988.
    
14. Эйрис Р. Проектирование СБИС. Метод кремниевой компиляции. -М.: Наука, 1988.
    
15. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. -М: Радио и связь, 1986.
    
16. Речицкий В.И. Радиокомпоненты на поверхностных акустических волнах. -М: Радио и связь, 1984.
    
17. Кузенцов Ю. А., Шилин В.А. Микросхемотехника БИС на приборах с зарядовой связью. -М.: Радио и связь, 1988.
    
18. Изумрудов О.А., Лазарева Н.П., Лучинин В.В. Практикум по твердотельной электронике и микросхемотехнике. СПбГЭТУ, 1995.
    

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.

• Компьютерная программа для моделирования работы электронного ключа на биполярных транзисторных структурах.
  
• Компьютерная программа для моделирования работы электронного ключа на униполярных транзисторных структурах
  
• Компьютерная программа для расчета базового логического элемента на основе биполярных транзисторных структур.
  
• Компьютерная программа для расчета базового логического элемента на основе МДП транзисторных структур.
  
• Компьютерная программа для расчета операционного усилителя.
  
• Компьютерная программа для расчета полосового фильтра на поверхностных акустических волнах.
  
• Компьютерная программа для логического проектирования функциональных узлов ИМС.
  
• Компьютерная программа для схемотехнического проектирования логического узла ИМС на МДП транзисторных структурах
  
• Компьютерная программа для топологического проектирования функциональных узлов БИС на основе ПЛМ.
  
• Компьютерная программа для топологического проектирования функциональных узлов БИС на основе БМК.
  

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.

• Стенды для измерения статических параметров ИМС
  
• Стенды для измерения динамических параметров ИМС
  
• Стенд для измерения СВЧ-параметров приборов
  
• Оптические микроскопы
  
• Растровый электронный микроскоп
  
• Персональные ЭВМ
  
• Графопостроитель-плоттер
  
• Комплекс программных средств для логического, схемотехнического и топологического проектирования.
  

8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
   

Для реализации целей и задач курса предлагается предусмотреть в программе дисциплины курсовые работы. Требования к содержанию курсовой работы определяются характером задачи по исследованию конкретного типа функционального узла ИМС. В курсовой работе должны быть отражены следующие вопросы:

• структурная и функциональная схемы проектируемого узла;
  
• расчет параметров базовых элементов;
  
• топология проектируемого узла;
  
• оценка параметров проектируемого узла.
  

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 654.100 – «Электроника и микроэлектроника», специальность 201900 «Микросистемная техника»


Программу составили:

Лучинин В.В..	- профессор С.-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»
Мальцев П.П.	- профессор Московского института радиотехники, электроники и автоматики (Технический университет) «МИРЭА»
Изумрудов О.А.	- доцент С.-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»

Программа одобрена на заседании Учебно-методического Совета по направлению подготовки дипломированных специалистов 654.100 – «Электроника и микроэлектроника»,

__15 ноября 2000 г.__ протокол №__4___________


Председатель Совета УМО по образованию в области автоматики, электроники, микроэлектроники и радиотехники, профессор

_______________________ Пузанков Д.В.