HY:433 Σχεδίαση Αναλογικών/Μεικτών και Υψισυχνών Κυκλωμάτων (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας fplessas@e-ce.uth.gr 1
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, RF και μεικτά κυκλώματα όμως είναι ακόμα απαραίτητα 2
Εισαγωγή (2/2) Οι ψηφιακές υλοποιήσεις έχουν έναν μεγάλο αριθμό πλεονεκτημάτων: Ευρωστία (μεταβολές τροφοδοσίας / θερμοκρασίας / χαρακτηριστικών τεχνολογίας, παρεμβολές ) Προγραμματισμός Ευελιξία Έτσι τα αναλογικά/rf μεικτά κυκλώματα φαίνονται ξεπερασμένα, όμως οι αναλογικοί/rf και μεικτού τρόπου σχεδιαστές έχουν σήμερα μεγάλη ζήτηση 3
Γιατί χρειάζονται τα αναλογικά (1/3) 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 4
Γιατί χρειάζονται τα αναλογικά (2/3) Ψηφιακά κυκλώματα που υλοποιούνται με αναλογικό τρόπο: Μεγάλη ταχύτητας λειτουργίας Υλοποίηση σε επίπεδο τρανζίστορ και όχι πύλης 5
Γιατί χρειάζονται τα αναλογικά (3/3) 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 6
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 7
Mixed Signal ICs (2/4) 8
Mixed Signal ICs (3/4) 9
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 10
Radio-frequency engineering (1/2) To Radio-frequency (RF) engineering είναι ένα μια υποκατηγορία του electrical engineering και σχετίζεται με κυκλώματα που σχεδιάζονται να λειτουργούν στο radio frequency (RF) φάσμα δλδ. από τα περίπου 3 khz μέχρι τα 300 GHz Το Radio-frequency engineering περιλαμβάνεται σε οτιδήποτε εκπέμπει ή λαμβάνει ένα ραδιοκύμα, δλδ. για παράδειγμα mobile phones, radios, Wi-Fi και two-way radios 11
Radio-frequency engineering (2/2) 12
Σκοπός του μαθήματος http://inf-server.inf.uth.gr/courses/ce433/index.php Ένα προχωρημένο μάθημα στο σχεδιασμό αναλογικών/rf 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 13
Περιεχόμενα μαθήματος Transistor και απλά κυκλώματα Διαφορικοί Ενισχυτές, Ενισχυτές Χαμηλού Θορύβου (LNAs) Ηλεκτρικός Θόρυβος Ανατροφοδότηση Ταλαντωτές/Μίκτες Βρόχος Κλειδωμένη Φάσης Τελεστικοί Ενισχυτές 14
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 15
Διαλέξεις - Εργαστήριο Δευτέρα: 10.00-12.00 Δ2 Διαλέξεις & Συναντήσεις Παρασκευή: 17.00-19.00 Εργαστήριο Γκλαβάνη (Α3) http://inf-server.inf.uth.gr/courses/ce433/cae.php 16
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 17
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 Παρουσίαση της προόδου στην ώρα της διάλεξης ανά δύο εβδομάδες (ppt) 18
Ερωτήσεις / Απορίες & Συζήτηση 19