Detail předmětu

Návrh analogových integrovaných obvodů

FEKT-BKC-NAOAk. rok: 2018/2019

Základní rozdělení integrovaných obvodů. Problematika návrhu integrovaných obvodů, metodologie návrhu a nároky kladené na analogové integrované obvody. Základní pracovní režimy tranzistorů MOS, modely tranzistorů MOS. Návrh a simulace základní bloků analogových IO (proudová zrcadla, referenční obvody, koncové stupně, zesilovače, OTA). Postupy a pravidla pro návrh topologií (masek) analogových IO. Využití pokročilých programových balíků (OrCAD PSICE) pro procvičení komplexního návrhu analogových IO.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat základní kroky v procesu návrhu integrovaného obvodu,
- popsat základní strukturu čipu resp. tranzistoru na čipu,
- navrhnout a verifikovat základní bloky analogových IO (proudové zrcadlo, reference, tranzistorové zesilovače, koncové stupně),
- navrhnout a ověřit základní parametry struktury OZ a OTA,

Prerekvizity

U studenta se předpokládají základní znalosti v oblasti elektronických součástek (zejména tranzistorů, rezistorů a kapacitorů) a dále pak znalosti principů základních analogových obvodů (tranzistorový zesilovač, operační zesilovač, zpětná vazba apod.).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášku a počítačová a numerická cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

- maximálně 30 bodů za protokoly z počítačových cvičení,
- až 10 bodů za půlsemestrální test,
- maximálně 60 bodů za semestrální zkoušku, které je rozdělena na písemnou (45 bodů) a ústní část (15 bodů).

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky návrhu integrovaných obvodů (IO). Postup návrhu IO.
2. Technologie CMOS – tranzistor MOS, pasivní prvky, výrobní proces v technologii CMOS.
3. Analogový model tranzistoru MOS – model malosignálový i pro velké signály, pracovní režimy tranzistoru, charakteristiky.
4. Proudová zrcadla – návrh, simulace, základní druhy, parametry a vlastnosti.
5. Proudové reference – návrh, simulace, základní druhy, parametry a vlastnosti.
6. Napěťové reference – návrh, simulace, základní druhy, parametry a vlastnosti.
7. Jednoduchý zesilovač MOS – návrh, simulace, parametry a vlastnosti.
8. Diferenční zesilovač – návrh, simulace, parametry a vlastnosti.
9. Koncové stupně operačních zesilovačů – návrh, simulace, základní druhy, parametry a vlastnosti.
10. Dvoustupňový operační zesilovač – návrh, simulace, parametry a vlastnosti.
11. Postupy a pravidla pro návrh topologie (masek) analogových IO.

Učební cíle

Cílem je seznámit studenty s problematikou procesu vzniku integrovaného obvodu, návrhem základních bloků a jejich topologie.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Počítačová cvičení jsou povinná. Řádně omluvená absence na cvičení může být nahrazena po domluvě s vyučujícím.

Doporučená literatura

ALLEN, P., E., HOLBERG, D., R. CMOS analog circuit design, second edition.Oxford University Press, New York 2002, ISBN 0-19-511644-5 (EN)
Baker, J.R.:"CMOS circuit design, layout and simulation", IEEE Press a Wiley Interscience, ISBN 0-471-70055-X, 2005 (EN)
Razavi:"Design of analog integrated circuits", McGraw-Hill, ISBN 0-07-238032-2, 2001 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BKC-MET bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program BKC-EKT bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

Osnova

Členění integrovaných obvodů. Aspekty návrhu a nároky kladené na analogové integrované obvody. Používané technologie (bipolární, CMOS a BiCMOS) - jejich vlastnosti a srovnání.
Návrh a simulace základní bloků analogových IO (proudové zrcadla a referenční obvody, zesilovače).
Postupy a pravidla pro návrh topologií (masek) analogových IO.
Nové obvodové principy - technika spínaných kapacit a proudů, obvody v proudovém a smíšeném módu.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

Osnova

Cvičení na počítačích zaměřená na simulaci a návrh funkčních bloků IO. Využití pokročilých programových balíků (OrCAD PSPICE) pro procvičení komplexního návrhu analogových IO.
Základní charakteristiky tranzistorů MOS.
Referenční obvody.
Proudová zrcadla, aktivní zátěž.
Diferenční zesilovače s pasivní a aktivní zátěží.
Jednoduchý operační transkonduktanční zesilovač.
Dvoustupňový operační zesilovač.