Mikroelektronikai tervezés

A Mikroelektronikai tervezés tárgy megismerteti az áramkörök tervezésének eszközeit, realizálásának és ellenőrzésének módjait és módszereit. Tárgyalja a kisebb sorozatszámú gyártásban vagy prototípus készítésekor használt programozható eszközök és integrált áramkörök jellemzőit. Ismerteti a korszerű számítógépes tervezőrendszerek felépítését és funkcióit. Ismereteket ad az ezen rendszerekben alkalmazott tervezési (szimulációs és szintézis) lépések algoritmusairól, részletesen bemutatja a standard cellás IC tervezés menetét a specifikációtól a részletes layout kialakításáig. Megismerteti a digitális rendszerek magas szintű leírására és tervezésére szolgáló nyelveket, a programozható eszközök típusait, a hozzájuk kapcsolódó fejlesztő rendszereket.

Mikroelektronikai tervezés

Tárgykód	VIEEA328
Általános infók
Szak	villany szak
Kredit	4
Ajánlott félév	5
Keresztfélév	nincs
Követelmények
KisZH	3 vagy 4 db
NagyZH	1 db
Házi feladat	Van
Vizsga	írásbeli
Elérhetőségek
Levlista	met-bsc@NO-SPAM.sch.bme.hu
Tantárgyi adatlap
Tárgyhonlap

Követelmények

• Kis-Zh: A félév során 3 vagy 4 db kis zh, ami az előadáson elhangzott anyagból van. Alapvetően nem nehéz, és nem arra kiváncsi az előadó, hogy bemagoltatok-e mindent, hanem, hogy értitek-e az anyagot.
• Házi: Egy nettó 10-12 oldalas irodalomkutatói munka, ahol egy félév elején kiválasztott témát kell feldolgozni. Csak a cím az adott, hogy mit kezdesz vele, az rajtad múlik. 2 ember kap egy témát, de lehet önállóan, külön is kidolgozni a témát (de nem ez a lényege) Ha van rá idő a félévben, akkor egy 5 perces PPT-ben az órai keretek közt be is kell mutatni, hogy mivel foglalkoztál.
• Zárthelyi: A félév során 1 db. zárthelyit íratunk; az aláírás megszerzéséhez legalább elégséges szinten teljesítendő. A megszerzett aláírás a következő szemeszterben továbbvihető.
• Vizsga: A tárgyból kötelező írásbeli vizsga van, a vizsgázó 6 kérdést kap az előadásokon elhangzott anyagból. A vizsga időtartama 60 perc.

Tematika

Előadott anyag
- Digitális áramkörök megvalósítási lehetőségei (full-custom, semi-custom, PLA, CPLD, FPGA…). Különböző hardver eszközök megvalósítási alternatívái.
- Közös előre tervezés és gyártás, full-custom-tól az FPGA-ig. Az ASIC tervező feladatai.
- Hardver-szoftver co-design.
- Design flow, production flow.
- Szinkron és aszinkron digitális áramkörök, Low Power design általános kérdései.
- A VC (Virtual Component) és az IP (Intellectual Property) alapú tervezés

- Statikus és dinamikus CMOS és BiCMOS áramköri megvalósítások.
- Áramkörszimuláció, modellek, modellparaméterek.
- Logikai szimuláció, modellek, paraméterek meghatározása áramköri szimulációból. Funkcionális és strukturális teszt.
- Hibamodellek, strukturális tesztgenerálás, hibaszimuláció. Digitális teszt-automaták. Tesztelhetőre tervezés. Scan-Path.
- Tervező rendszerek (Mentor, Cadence, …), top-down és bottom-up tervezési stílus.
- Integrált áramkörök gyártásához szükséges maszkok és technológiák. Layout tervezési szabályok.
- Cella elhelyezési és huzalozási módszerek.
- Tervezés HDL-lel. A szintézis lépései. Verilog utasítások, hatásuk a szintézisre. Szintézis és időzítés. Timing analysis, wire-load modell, előzetes elhelyezés.

- Mikroprocesszorok, mikrokontrollerek és jelfeldolgozó processzorok felépítése és működése. Neumann- és Harvard-struktúrájú processzorok. Statikus és dinamikus memóriák.
- FPGA eszközök technológiafüggő tervezési lépései (formátumkonverterek, logikai particionáló, leképező, elhelyező és huzalozó modulok).
- GPP, FPGA, SoC, SiP, Mikrokontroller eszközök felépítése, működése, fogyasztása, költségek.
- Program és adatmemória, I/O műveletek, megszakítás, DMA kezelés, beviteli eszközök illetve kijelzők illesztése, működtetése.
- Szimuláció, tesztelés, bemérés, gazdaságosság.
Tantermi gyakorlatok
- Komplett ASIC specifikáció megtervezésének bemutatása esettanulmány formában. Ki kell emelni a tervező, mint közvetítő szakember szerepét a megrendelő és a gyártó között.
- Digitális rendszertervezés esettanulmány. Például: mosógép vezérlő ASIC Verilog leírása top-down módszerrel, hierarchikusan. Először a fő működési fázisok leírása (és szimulációja), majd ezek kitöltése a részletekkel.
- Tesztelhetőre tervezés. Ad-hoc módszerek bemutatása konkrét áramkörökön. Egy közepes bonyolultságú ASIC kiegészítése Scan-Path áramkörrel, szimulációs bemutatóval.
- Programozható eszközök felhasználása áramkörök realizálására.
- Az áramköri szintézis utáni alternatívák bemutatása (ASIC vs. FPGA) - Közepes bonyolultságú ASIC Verilog leírás szintetizálása kivetítős demonstrációval
- Floorplanning bemutatása, kivetítős demonstrációval, komplett chip layoutig.

Segédanyagok

A tárgyhoz tartozó segédanyagok (jegyzet, előadás diák, gyakorlati anyagok) a Tárgyhonlapról tölthetők le.

• Vizsgakérdések kidolgozása
• Vizsgakérdések kidolgozása DOC-ban, kicsit bővítve + ellenőrizve + PDF
• Kidolgozott vizsgatételek 2007 - kézzel írott

Vizsgák

• 2013:
  • 2013.05.27-ei vizsga
  • 2013.06.13-ai vizsga
• 2014:
  • 2014.05.28-ai vizsga

Mikroelektronikai tervezés és gyártás - Villamosmérnök BSc 2014
Közös tárgyak	Elektronikai gyártás és minőségbiztosítás  •  Félvezető technológia  •  Mikroelektronikai tervezés  •  Moduláramkörök és készülékek
Specializáció laborok	Mikroelektronikai laboratórium  •  Technológiai folyamatok és minőségellenőrzésük laboratórium

Mikroelektronikai és elektronikai technológia - Villamosmérnök BSc
Közös tárgyak	Elektronikai gyártás és minőségbiztosítás  •  Mikroelektronikai tervezés
Elektronikai technológia ágazat	Moduláramkörök és készülékek  •  Technológiai folyamatok és minőségellenőrzésük laboratórium
Mikroelektronika ágazat	Mikroelektronikai laboratórium  •  Monolit technika