La asignatura “Microelectrónica” persigue el objetivo de formar a los alumnos del Máster en el diseño full-custom de circuitos integrados VLSI. Esta asignatura proporciona un puente entre el diseño de sistemas y las tecnologías, procesos y dispositivos, planteando los requerimientos de los circuitos y sistemas que hacen uso de dichas tecnologías.
Esta asignatura pretende proporcionar a los futuros diseñadores de sistemas hardware una visión que cubra desde los aspectos de diseño de sistemas hasta los de trazado físico, pasando por sus circuitos y bloques componentes, fundamentalmente centrados en tecnología CMOS, que es la más utilizada hoy en día para el diseño de circuitos de aplicación. Se asegurará también una introducción básica a las estructuras y procesos tecnológicos necesarios en la labor de diseño de circuitos integrados.
Objetivos detallados de la asignatura son:
1. Alcanzar un conocimiento en profundidad del funcionamiento de los transistores MOS.
2. Conocer los fundamentos del proceso de fabricación y las implicaciones que tiene para el diseñador: las reglas de diseño.
3. Ser capaces de diseñar desde el esquemático al trazado de cualquier circuito CMOS.
4. Estudiar cómo caracterizar los diseños CMOS en sus aspectos principales: área, resistencia, capacidad y retardo.
5. Realizar el diseño de puertas lógicas CMOS siguiendo diferentes arquitecturas.
6. Diseñar y analizar circuitos secuenciales básicos (latch t registro)
7. Conocer diferentes sistemas de temporización de los circuitos integrados y las implicaciones asociadas.
8. Diseño de subsistemas (Máquinas de estados finitos, memorias, rutas de datos).
9. Aprender métodos de diseño VLSI: desde la realización del plano de base a la validación del circuito completo.
10. Conocer los principios básicos el test de fabricación y cómo se debe tener en cuenta en el diseño.
1. Introducción al diseño de ASICs (0,3 ECTS)
Diseño VLSI
Herramientas CAD
Representación de circuitos y sistemas
2. Lógica nMOS y CMOS:
Diagramas de Barras
Lógica de conmutación
3. Transistores: su funcionamiento
1. Inversores
Lógica de puertas
4. Procesos básicos de fabricación CMOS. Reglas de diseño
Tecnología de semiconductores de silicio
Proceso CMOS básico
Reglas de diseño
5. Caracterización del circuito
Resistencia
Capacidad
Características de conmutación. Retardo
Excitación de grandes capacidades
Consumo de potencia (estática y dinámica). Dimensionado de las pistas de alimentación;
"Latchup"
6. Lógica secuencial
Sistema de temporización
Registros
Pila (FIFO)
7. Temporización
Criterio estricto de dos fases
Extensiones a la temporización básica
Generación de la señal de reloj
Otras alternativas de temporización
Estructuras lógicas CMOS temporizadas;
8. Diseño de Subsistemas (1):
PLA,
Máquina de estados finitos
9. Diseño de Subsistemas (2):
Sumadores, Desplazadores
Memorias: RAM, ROM
10. Métodos de diseño CMOS
Entrada/salida del chip
Diseño estructurado Plano de Base
Alternativas de diseño de chips CMOS (Redes predifundidas, biblioteca de células estandar, full-custom, FPGAs, ...)
11. Test de Circuitos Integrados. Diseño para test
Necesidad del test
Controlabilidad, Observabilidad y Modelos de Fallos
Estrategias de diseño para test:
Técnicas "ad-hoc"
Técnicas estructuradas
Técnicas de auto-test
Test a nivel de sistema
Metodología docente
La asignatura se imparte de forma presencial, combinando las siguientes metodologías:
- Clases magistrales de parte teórica y práctica. Se realizarán en el aula utilizando transparencias y pizarra. Al menos un 25% de las clases son prácticas.
- Realización de ejercicios individuales, que se entregan y se corrigen en clase.
- Realización de un proyecto en grupo.
La evaluación de la asignatura se realizará a través de tres fuentes:
- Un examen escrito (40%). En él el alumno, con o sin la utilización de textos de consulta o apuntes según los casos, deberá resolver problemas, diseños o cuestiones basados en los aspectos desarrollados en clase.
- Entrega de trabajos prácticos y ejercicios (50%).
- Participación en clase (10%).
Enlaces:
[1] https://www.die.upm.es/category/categoria/programa-master
[2] https://www.die.upm.es/sites/default/files/MCRE%20-%20GA_09AN_93000710_1S_2016-17.pdf
[3] https://www.die.upm.es/perfil/pablo-ituero
[4] https://MISE
[5] https://www.die.upm.es/content/carlos-alberto-l%C3%B3pez-barrio
[6] https://www.die.upm.es/perfil/adri%C3%A1n-hierro-cano-0
