Και Εγέννετω Φως. Το Τρανζίστορ! ENIAC. Μικροηλεκτρονική 3. Το πρώτο τρανζίστορ! Τρανζίστορ στα 180nm Bell Labs Μικροηλεκτρονική 4

Transcript

1 ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Μικροηλεκτρονική Μικροηλεκτρονική Γ. Τσιατούχας 1 ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Μικροηλεκτρονική 2 1

2 Και Εγέννετω Φως ENIAC Μικροηλεκτρονική 3 Το Τρανζίστορ! Το πρώτο τρανζίστορ! Τρανζίστορ στα 180nm 2000 Bell Labs 1947 Μικροηλεκτρονική 4 2

3 Το MOS Τρανζίστορ 45nm Intel 2007 Μικροηλεκτρονική 5 ιασυνδέσεις Τρανζίστορ Μικροηλεκτρονική 6 3

4 Μια Εσωτερική Ματιά Μικροηλεκτρονική 7 Στα όρια της Τεχνολογίας Μικροηλεκτρονική 8 4

5 Μικροηλεκτροµηχανικά Συστήµατα MEMS Μικροηλεκτρονική 9 Το Μέλλον; Μικροηλεκτρονική 10 5

6 Σχεδίαση Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων Μικροηλεκτρονική 11 Κατασκευή Ολοκληρωµένων Κυκλωµάτων Μικροηλεκτρονική 12 6

7 ιαδικασία Σχεδίασης ΟΚ ITRS-99 Μικροηλεκτρονική 13 Κλιµάκωση της Τεχνολογίας M6 M5 M4 Cu M3 M2 Low k M1 Tungsten Very Deep Submicron Μικροηλεκτρονική 14 7

8 Εξέλιξη της Τεχνολογίας 350nm CMOS 5.3 Mbit edram 32 Kbyte ROM 90nm CMOS ROM DSP Analogue BIST µc? edram eflash esram RF Μικροηλεκτρονική 15 Ολοκληρωµένα Συστήµατα Systems-on on-a-chip (SoC( SoC) Μικροηλεκτρονική 16 8

9 Ολοκλήρωση Τεχνολογιών σε SoC Ολοκλήρωση τεχνολογιών στην βασική διαδικασία κατασκευής ITRS-99 Μικροηλεκτρονική 17 Θέµατα στη Σχεδίαση SoC Εφαρµογών System Design Aspects Physical Design Aspects Embedded Memory crosstalk noise noise IP IP (reusable core) reusability standardization H/S H/S codesign clock clock synchronization clock clock skew skew Supply Network low-power/voltage noise noise decoupling electromigration dc-dc conversion dual dual threshold triple-well SOI SOI Supply Pads Pads EMC EMC noise noise electromigration Embedded Software H/S H/S codesign flexibility Analog Functions analog interface substrait noise noise Data Data Storage single/multi port port high high performance Glue Glue Logic Clock Domains Global Bus Bus protocol bandwidth signal propagation crosstalk Clock Network clock clock gating clock clock domains phase synchronisation clock clock skew skew clock clock tree tree synthesis optimal flip flip flops flops Local buses high high speed I/O I/O pads pads EMC EMC bandwidth standard interfaces di/dt di/dtnoise Μικροηλεκτρονική 18 9

10 ΣύντοµηΠεριγραφή Μαθήµατος Εισαγωγή στη θεωρία κυκλωµάτων. Εισαγωγή στους ενισχυτές Τελεστικοί ενισχυτές. Καθαροί ηµιαγωγοί και ηµιαγωγοί µε προσµίξεις. Η p-n επαφή - ίοδοι. Κυκλώµατα διόδων. ιπολικά τρανζίστορ επαφής και τρανζίστορ επίδρασης πεδίου. Βασικές τοπολογίες και τρόποι λειτουργίας. Αρχές µικροηλεκτρονικής και µικροηλεκτρονικά κυκλώµατα. ιαφορικοί ενισχυτές. Απόκριση συχνότητας. Ηλεκτρονική Σελίδα Μαθήµατος: Μικροηλεκτρονική 19 Ενότητες του Μαθήµατος Βασικά Ηλεκτρονικά Μικροηλεκτρονική Εισαγωγή στη θεωρία κυκλωµάτων Εισαγωγή στους ενισχυτές Ηµιαγωγοί ίοδοι επαφής και διατάξεις διόδων Το διπολικό τρανζίστορ επαφής Το τρανζίστορ φαινοµένου πεδίου Βασικές τοπολογίες κυκλωµάτων Το διαφορικό ζεύγος Απόκριση κατά συχνότητα Μικροηλεκτρονική 20 10

11 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 =270KΩ - + R E =1KΩ V ΕΕ =10V R E =1KΩ + V ΕΕ =10V Μοντέλο Κοινού Εκποµπού Ενεργού Περιοχής Μικροηλεκτρονική 21 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 R Β =270KΩ Ι Ε R E =1KΩ Ε R C =1KΩ I C = βi Β = 2.51mA (β=100) + V ΕΕ =10V Μοντέλο Κοινού Εκποµπού Ενεργού Περιοχής 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 22 11

12 ιαδικαστικά I Οι ασκήσεις/εργασίες δεν είναι υποχρεωτικές και λαµβάνονται υπόψιν αποκλειστικά για το τρέχον ακαδηµαϊκό έτος. Οι ασκήσεις/εργασίες συνεισφέρουν ένα 20% επιπρόσθετα στο βαθµό του διαγωνίσµατος 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 23 ιαδικαστικά II Εργαστήριο: Σχεδίαση και SPICE προσοµοίωση κυκλωµάτων. Υλοποίηση κυκλωµάτων σε breadboard και µετρήσεις. Τα εργαστήρια δεν είναι υποχρεωτικά στην κατοχύρωση του µαθήµατος. Συνεισφέρουν κατά δύο µονάδες στο βαθµό του µαθήµατος εφ' όσων έχει υπάρξει επιτυχής παρακολούθηση όλων των εργαστηριακών ασκήσεων, σε άλλη περίπτωση η συνεισφορά µειώνεται ανάλογα µε την επίδοση. Μικροηλεκτρονική 24 12

13 Βιβλιογραφία (Ι) Μικροηλεκτρονικά Κυκλώµατα Adel Sedra Kenneth Smith Εκδόσεις: Παπασωτηρίου / Oxford University Press 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 25 Βιβλιογραφία (ΙΙ) Electric Circuit Analysis D. Johnson J. Johnson J. Hilburn P. Scott Εκδόσεις: Prentice Hall Basic Circuit Theory Charles Desoer Ernest Kuh Εκδόσεις: McGraw Hill Μικροηλεκτρονική 26 13

14 Μαθήµατα του Τµήµατος Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Μικροϋπολογιστές Σχεδίαση Ψηφιακών Συστηµάτων Σχεδιασµός VLSI Ψηφιακή Σχεδίαση Μικτός Αναλογικός / Ψηφιακός Σχεδιασµός Τεχνικές Σχεδίασης CMOS Κυκλωµάτων Βασικά Ηλεκτρονικά Ολοκλ.. Ψηφιακά Κυκλώµατα Μικροηλεκτρονική 27 Βέλτιστη Επιλογή Παρακολούθησης Ψηφιακή Σχεδίαση Βασικά Ηλεκτρονικά Προπτυχιακός Κύκλος Ολοκληρωµένα Ψηφιακά Κυκλώµατα Σχεδιασµός Συστηµάτων VLSI Τεχνικές Σχεδίασης Κυκλωµάτων CMOS Σχεδίαση Ψηφιακών Συστηµάτων Μεταπτυχιακός Κύκλος Μικροηλεκτρονική 28 14

15 Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Μικροηλεκτρονική 29 Εργαστηριακός Εξοπλισµός Μικροηλεκτρονική 30 15

16 Προσανατολισµοί! Program Code Hardware Overhead Μικροηλεκτρονική 31 Ο ιαβολάκος του Maxwell! Πληροφορία Αντεντροπία 1 bit Joule/ o K Μικροηλεκτρονική 32 16