Το πρώτο τρανζίστορ! Τρανζίστορ στα 180nm Bell Labs Μικροηλεκτρονική 3. 45nm. Intel Μικροηλεκτρονική 4

Transcript

1 ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Μικροηλεκτρονική Μικρο ηλεκτρονική VLSI Technology and Computer Architecture Lab Μικροηλεκτρονική Γ. Τσιατούχας 1 ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Διάρθρωση 1. Το τρανζίστορ 2. Η τεχνολογία των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων 3. Εξέλιξη της τεχνολογίας 4. Σύντομη περιγραφή μαθήματος μη ρ γρ φή μ ήμ ς 5. Ενότητες μαθήματος 6. Διαδικαστικά Μικροηλεκτρονική 2 1

2 Το Τρανζίστορ! Το πρώτο τρανζίστορ! Τρανζίστορ στα 180nm 2000 Bell Labs 1947 Μικροηλεκτρονική 3 Το MOS Τρανζίστορ 45nm Intel 2007 Μικροηλεκτρονική 4 2

3 Διασυνδέσεις Τρανζίστορ Μικροηλεκτρονική 5 Μια Εσωτερική Ματιά Μικροηλεκτρονική 6 3

4 Στα όρια της Τεχνολογίας Μικροηλεκτρονική 7 Μικροηλεκτρομηχανικά Συστήματα MEMS Μικροηλεκτρονική 8 4

5 Το Μέλλον; FinFET Carbon Nanotubes Μικροηλεκτρονική 9 Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Μικροηλεκτρονική 10 5

6 Κατασκευή Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Chip Wafer Die Μικροηλεκτρονική 11 Διαδικασία Σχεδίασης ΟΚ ITRS 99 Μικροηλεκτρονική 12 6

7 Κλιμάκωση της Τεχνολογίας M6 M5 M4 Cu M3 M2 Low k M1 Tungsten Very Deep Submicron Μικροηλεκτρονική 13 Εξέλιξη της Τεχνολογίας AMD Barcelona 65nm CMOS 22nm CMOS ROM Analogue DSP BIST µc? edram eflash esram RF Μικροηλεκτρονική 14 7

8 Ολοκληρωμένα Συστήματα Systems on on a Chip (SoC) Μικροηλεκτρονική 15 Ολοκλήρωση Τεχνολογιών σε SoC Ολοκλήρωση τεχνολογιών στην βασική διαδικασία κατασκευής ITRS-99 Μικροηλεκτρονική 16 8

9 Θέματα στη Σχεδίαση SoC Εφαρμογών System Design Aspects Physical Design Aspects Embedded Memory crosstalk noise IP (reusable core) reusability standardization H/S codesign clock synchronization clock skew Supply Network low-power/voltage noise decoupling electromigration dc-dc conversion dual threshold triple-well SOI Supply Pads EMC noise electromigration Embedded Software H/S codesign flexibility Analog Functions analog interface substrait noise Data Storage single/multi port high h performance Glue Logic Clock Domains Global Bus protocol bandwidth signal propagation crosstalk Clock Network clock gating clock domains phase synchronisation clock skew clock tree synthesis optimal flip flops Local buses high speed I/O pads EMC bandwidth standard interfaces di/dt noise Μικροηλεκτρονική 17 Σύντομη Περιγραφή Μαθήματος Εισαγωγή γήστη θεωρία κυκλωμάτων. Εισαγωγή γήστους ενισχυτές Τελεστικοί ενισχυτές. Καθαροί ημιαγωγοί και ημιαγωγοί με προσμίξεις. Η p n επαφή Δίοδοι. Κυκλώματα διόδων. Διπολικά τρανζίστορ επαφής και τρανζίστορ επίδρασης πεδίου. Βασικές τοπολογίες ενισχυτών με τρανζίστορ και τρόποι λειτουργίας. Αρχές μικροηλεκτρονικής και μικροηλεκτρονικά κυκλώματα. Διαφορικοί ενισχυτές. Απόκριση συχνότητας. Ηλεκτρονική Σελίδα Μαθήματος: BEM.htm Μικροηλεκτρονική 18 9

10 Ενότητες του Μαθήματος Βασικά Ηλεκτρονικά Μικροηλεκτρονική Εισαγωγή στη θεωρία κυκλωμάτων Εισαγωγή στους ενισχυτές Ημιαγωγοί Δίοδοι επαφής και διατάξεις διόδων Το διπολικό τρανζίστορ επαφής Το τρανζίστορ φαινομένου πεδίου Βασικές τοπολογίες κυκλωμάτων Το διαφορικό ζεύγος Απόκριση κατά συχνότητα Μικροηλεκτρονική 19 Γενική Μεθοδολογία Εργασίας (I) Αρχικό Κύκλωμα (Ζητούμενα I C, V CE ) Μετασχηματισμός με χρήση Ισοδύναμου Κυκλώματος (Mοντέλο) Β C B C npn Ι C Ι Β + - V BE =0.7V I C =βι Β Ι C Ι Β ΙΕ E R C =1KΩ R Β =270KΩ Ι Ε Ε R C =1KΩ R Β =270KΩΩ - + R E =1KΩΩ V ΕΕ =10V R E =1KΩ E + V ΕΕ =10V Μοντέλο Κοινού Εκπομπού Ενεργού Περιοχής Μικροηλεκτρονική 20 10

11 Γενική Μεθοδολογία Εργασίας (II) Εφαρμογή Κανόνων Kirchhoff KVL I B R B + V BE +I E R E V EE = 0 Β C KCL I E (I B + Ι C ) = 0 Ι Β + - V BE =0.7V I C =βι Β Ι C I VEE VBE = R + (1 + β)r B = B E mA Ι Ε R Β =270KΩ R E =1KΩ E + Ε V ΕΕ =10V R C =1KΩ Μοντέλο Κοινού Εκπομπού Ενεργού Περιοχής I C = βi Β = 2.51mA (β=100) KVL I C R C + V CE +I E R E V EE = 0 1+ β VCE = VEE βib R C + R E = 4.96V β Μικροηλεκτρονική 21 Διαδικαστικά I Οι ασκήσεις/εργασίες δεν είναι υποχρεωτικές και λαμβάνονται υπόψιν αποκλειστικά για το τρέχον ακαδημαϊκό έτος. Οι ασκήσεις/εργασίες συνεισφέρουν ένα 10% επιπρόσθετα στο βαθμό του μαθήματος όταν αυτός είναι μεγαλύτερος ή ίσος του πέντε και έχουν παραδοθεί όλες επιτυχώς, σε άλλη περίπτωση το ποσοστό αυτό μειώνεται ανάλογα με τις επιτυχείς απαντήσεις. Ο διδάσκων διατηρεί το δικαίωμα προφορικής εξέτασης φοιτητών για ασκήσεις που θα παραδοθούν και για τις οποίες αυτό θα κριθεί αναγκαίο. Μικροηλεκτρονική 22 11

12 Διαδικαστικά II Εργαστήριο: Σχεδίαση και SPICE προσομοίωση κυκλωμάτων. Υλοποίηση κυκλωμάτων σε breadboard και μετρήσεις. Τα εργαστήρια δεν είναι υποχρεωτικά στην κατοχύρωση του μαθήματος. Συνεισφέρουνκατάδύομονάδεςστοβαθμότουμαθήματος εφ' όσων έχει υπάρξει επιτυχής παρακολούθηση η όλων των εργαστηριακών ασκήσεων, σε άλλη περίπτωση η συνεισφορά μειώνεται ανάλογα με την επίδοση. Μικροηλεκτρονική 23 Βιβλιογραφία (Ι) Μικροηλεκτρονικά Κυκλώματα Adel Sedra Kenneth Smith Εκδόσεις: Παπασωτηρίου / Oxford UniversityPress Μικροηλεκτρονική Richard C. Jaeger Εκδόσεις: Τζιόλα / McGraw Hill Μικροηλεκτρονική Jacob Millman Arvin Grabel Εκδόσεις: Τζιόλα / McGraw Hill Electronics Allan R. Hambley Εκδόσεις:Prentice Hall Μικροηλεκτρονική 24 12

13 Βιβλιογραφία (ΙI) Electric Circuit Analysis D. Johnson J. Johnson J. Hilburn P. Scott Εδό Εκδόσεις: Prentice Hll Hall Basic Circuit Theory Charles Desoer Ernest Kuh Εκδόσεις:McGraw Hill Μικροηλεκτρονική 25 Μαθήματα του Τμήματος Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών II Σχεδίαση Ψηφιακών Συστηµάτων Ψηφιακή Σχεδίαση II Ψηφιακή Σχεδίαση οκιµή & Αξιοπιστία Ηλεκτρονικών Συστηµάτων Τεχνικές Σχεδίασης Κυκλωµάτων CMOS Βασικά Ηλεκτρονικά Κυκλώµατα VLSI Μικροηλεκτρονική 26 13

14 Βέλτιστη Επιλογή Παρακολούθησης Ψηφιακή Σχεδίαση Προπτυχιακός Κύκλος Βασικά άηλ Ηλεκτρονικά Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών II Κυκλώµατα VLSI Ψηφιακή Σχεδίαση II Τεχνικές Σχεδίασης Κυκλωµάτων CMOS Σχεδίαση Ψηφιακών Συστηµάτων Μεταπτυχιακός Κύκλος Μικροηλεκτρονική 27 Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Μικροηλεκτρονική 28 14

15 Εργαστηριακός Εξοπλισμός Μικροηλεκτρονική 29 Προσανατολισμοί! Program Code Hardware Overhead Μικροηλεκτρονική 30 15

16 Ο Διαβολάκος του Maxwell! Πληροφορία Αντεντροπία 1 bit Joule/ o K Μικροηλεκτρονική 31 16