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.
Követelmények
- 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.
