HY:433 Αναλογικά Κυκλώματα VLSI (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας fplessas@inf.uth.gr 1
Σκοπός του μαθήματος http://inf-server.inf.uth.gr/courses/ce433/index.php Ένα προχωρημένο μάθημα στο σχεδιασμό αναλογικών κυκλωμάτων και συστημάτων Εστιάζει στα βασικά αναλογικά δομικά στοιχεία (building blocks) κυρίως σε MOS τεχνολογίες Θα παρουσιαστούν μέθοδοι εξομοίωσης και σχεδίασης με εργαλεία CAD. Η χρήση των εργαλείων αυτών από τους φοιτητές θα είναι υποχρεωτική κατά τη διάρκεια του εξαμήνου Ενασχόληση με ένα συγκεκριμένο ερευνητικό θέμα 2
Διαλέξεις - Εργαστήριο Δευτέρα: 14.00-16.00 Δ2 Διαλέξεις & Συναντήσεις Τρίτη: 19.00-21.00 (?) Εργαστήριο Γκλαβάνη (Α3?) http://inf-server.inf.uth.gr/courses/ce433/cae.php 3
Παρουσίες Αν και οι διαφάνειες των διαλέξεων όπως και ένας ελάχιστος αριθμός βιβλίων είναι διαθέσιμα σε ηλεκτρονική μορφή δεν αντικαθιστούν τις διαλέξεις Η πολιτική σχετικά με τις παρακολουθήσεις και τις παρουσίες ακολουθεί τους κανόνες του τμήματος 4
Αξιολόγηση Ατομικό project (σχεδίαση & ανάλυση) http://inf-server.inf.uth.gr/courses/ce433/project.php http://inf-server.inf.uth.gr/courses/ce433/tutorials.php Σχεδίαση με εργαλεία CAD Τελική εξέταση στο εργαστήριο 5
Περιεχόμενα μαθήματος Transistor και απλά κυκλώματα Διαφορικοί Ενισχυτές Ηλεκτρικός Θόρυβος Ανατροφοδότηση Ταλαντωτές Βρόχος Κλειδωμένη Φάσης Τελεστικοί Ενισχυτές 6
Υλικό μαθήματος Johns, Martin, Analog Integrated Circuit Design Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits Gray, Hurst, Lewis, Mayer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits Διαφάνειες διαλέξεων Επιλεγμένα paper 7
Εργαλεία Σχεδίασης CAD Advance Design System (ADS 2013) Cadence tools (schematic/layout editors, parasitic extraction κ.λπ.) 8
Εισαγωγή (1/2) Με την πρόοδο της τεχνολογίας VLSI οι ψηφιακές υλοποιήσεις αυξάνονται και διεισδύουν σε ολοένα και περισσότερες εφαρμογές Πολλές ηλεκτρονικές συσκευές που παραδοσιακά υλοποιούνταν με αναλογικό τρόπο έχουν μετακινηθεί στον ψηφιακό κόσμο (ψηφιακές συσκευές ήχου, κινητά τηλέφωνα) Τα αναλογικά κυκλώματα όμως είναι ακόμα απαραίτητα 9
Εισαγωγή (2/2) Οι ψηφιακές υλοποιήσεις έχουν έναν μεγάλο αριθμό πλεονεκτημάτων: Ευρωστία (μεταβολές τροφοδοσίας / θερμοκρασίας / χαρακτηριστικών τεχνολογίας, παρεμβολές ) Προγραμματισμός Ευελιξία Έτσι τα αναλογικά κυκλώματα φαίνονται ξεπερασμένα, όμως οι αναλογικοί σχεδιαστές έχουν σήμερα μεγάλη ζήτηση 10
Γιατί χρειάζονται τα αναλογικά (1/2) Ο φυσικός κόσμος είναι αναλογικός έτσι: Τα σήματα εξόδου πολλών πηγών όπως μικρόφωνα, αισθητήρες κ.λπ. είναι αναλογικά Αντίστροφα τα μεγάφωνα έχουν αναλογική είσοδο Τα σήματα ραδιοσυχνότητας (RF) είναι επίσης αναλογικά 11
Γιατί χρειάζονται τα αναλογικά (2/2) Χρειαζόμαστε: Μετατροπείς αναλογικού-σε-ψηφιακό (ADC) Μετατροπείς ψηφιακού-σε-αναλογικό (DAC) Επεξεργασία σήματος με αναλογικό τρόπο πριν τον ADC και μετά τον DAC όπως ενίσχυση, φιλτράρισμα ισοστάθμιση 12
Mixed Signal ICs (1/4) Ένα σύστημα επεξεργασίας σήματος χρησιμοποιούσε διαφορετικά αναλογικά (ενισχυτές, φίλτρα) και ψηφιακά (μνήμες) ICs καθώς και παθητικά στοιχεία Τα αναλογικά και τα ψηφιακά ICs υλοποιούνταν σε διαφορετικές τεχνολογίες (διπολική, MOS) Το συνολικό σύστημα (analog, digital & passives) ήταν τεράστιο και κατανάλωνε υπερβολικά 13
Mixed Signal ICs (2/4) 14
Mixed Signal ICs (3/4) 15
Mixed Signal ICs (4/4) Τα περισσότερα από τα ολοκληρωμένα κυκλώματα περιλαμβάνουν αναλογικό και ψηφιακό τμήμα. Αυτού του είδους η ολοκλήρωση ονομάζεται ολοκλήρωση Mixed Signal Ο σχεδιασμός ψηφιακών κυκλωμάτων είναι σχεδόν αυτοματοποιημένη διαδικασία από τη λογική σύνθεση μέχρι την τοποθέτηση (placement) και τη διασύνδεση (routing), ενώ η σχεδίαση αναλογικών κυκλωμάτων παραμένει μια περίπλοκη τέχνη 16
Case Study: DDR2 PHY 17
Case Study: DDR2 PHY 18
Case Study: RF transceiver B C A A/D LNA I LO Q AAF SCF, G m C OP-RC DSP D/A PA I LO Q A Desired channel B C RF IF or BB BB 19
Ερωτήσεις / Απορίες & Συζήτηση 20