Mikroelektronikai rendszerek tervezése

A tantárgy angol neve: Design of Microelectronics System

Adatlap utolsó módosítása: 2018. május 4.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki mesterképzési szak
Mikroelektronika és elektronikai technológia főspecializáció
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEEMA02 2 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bognár György, Elektronikus Eszközök Tanszéke
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Bognár György

egyetemi docens

EET

Dr. Ress Sándor László

egyetemi docens

EET

Dr. Szabó Péter

egyetemi docens

EET

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Elektronika
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIEEM164" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIEEM162" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIVIEEM164", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIEEM162", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
-
7. A tantárgy célkitűzése

A digitális IC tervezéssel kapcsolatban, a korábban megszerzett ismereteket kibővítve, a tárgy hangsúlyt fektet az analóg és vegyesjelű áramkörök, valamint az integrált mikro elektro-mechanikai rendszerek (MEMS-ek) tervezésében alkalmazott speciális módszerek és eszközök ismertetésére.  A tantárgy célkitűzése, hogy megismertesse a hallgatókkal a modern integrált áramkörök és mikro-elektro-mechanikai (MEMS) rendszerek alkotta System-on-Chip (SoC), illetve System-in-Package (SiP) rendszerekben alkalmazott áramköri megoldások tervezésének módszereit, a tervezéshez szükséges elektronikai/mikroelektronikai számítógéppel segített tervező (CAD) rendszereket, azok fő komponenseit, a tervezés, megvalósítás és verifikáció lépéseit. A fő funkció megvalósítási kérdésein túl tárgyalja a másodlagos effektusok (pl.. a termikus hatások) figyelembe vételét, a tesztelhetőségre, megbízhatóságra és gyárthatóságra tervezés során figyelembe veendő szempontokat is és ismerteti a mikroelektronikai rendszerek tervezésével kapcsolatos legújabb trendeket. 

8. A tantárgy részletes tematikája
1. Bevezetés, vegyes-jelű (mixed-signal), nagy integráltsági fokú rendszerek fejlődési trendjei, ITRS roadmap, nagybonyolultságú integrált áramköri rendszerek, Smart Systems eszközök
2. System-on-chip VLSI rendszerek felépítése, tervezésük módszertana, az alkalmazott tervezési lépéssor (design-flow) részletes bemutatása.
3. 3D IC technológia, stacked die struktúrák, System-on-Chip, Sytem-in-Package, System-on-Package fogalma. 3D IC integráció tervezési szempontjai és technológiája
4. A méretcsökkentés fizikai és technológiai korlátjai. Új technológiai megoldások (gate engineering, high K, low K, strained silicon, multi Vt technique, electromigration, tri-gate & FinFET transistors) a tervező szemszögéből. 
5. Fogyasztáscsökkentés, low-power rendszerek tervezési kérdései, jellegzetes megvalósítási lehetőségek. Nagyfrekvenciás (RF) integrált áramkörök felépítésének speciális vonásai. Az RF tervezés kérdései, modellezési problémák. Induktivitás megvalósítása félvezetőn. Egy jellegzetes nagy integráltsági fokú áramkör analízise a hírközlés területéről: transceiver áramkörök és frekvenciaosztó áramkörök architektúrája, tervezési megfontolások. Nagyfrekvenciás integrált áramkörök tokozási kérdései.
6. A telekommunikációban illetve szenzorkiolvasó és jelfeldolgozó VLSI áramkörökben alkalmazott tipikus analóg áramköri blokkok (erősítők, A/D, D/A átalakítók) 
7. A méretcsökkentés fizikai és technológiai korlátjai. Új technológiai megoldások (gate engineering, high K, low K, strained silicon, multi Vt technique, electromigration, tri-gate & FinFET transistors) a tervező szemszögéből. 
8. Analóg layout kialakítási szabályok és analóg/mixed-signal áramkörök layout tervezésének módszertana és gyakorlata. 
9. Fizikai hatások figyelembe vétele (pl. termikus, nagyfrekvenciás hatások). Termikus szempontok a layout kialakításban. Elektrotermikus szimulációs eszközök. Logi-therm és cell-therm szimulációs eszközök összehasonlítása, működési elvük, esettanulmány.
10. Egy modern IC tervező rendszer elemeinek bemutatása egy adott technológia szerinti tervezési folyamata mentén. A Process Design Kit (PDK) fogalma. 
11. Tipikus analóg áramkörök: (differenciál pár, áramtükör, OTA, opamp), áramköri részleteik analízise. 
12. Klasszikus IC tervező process design kit-ek kiterjesztése MEMS-ek tervezésére. A MEMS tervezéshez szükséges egyéb CAD/CAM eszközök. MEMS tervezési stratégiák ismertetése. Alkalmazás specifikus tervezési módszertanok bemutatása különböző példákon keresztül. 
13. Csatolt fizikai modellezés kérdései, multidomén helyettesítő képek analízise ((pl. egymással analóg rendszerek áramköri modelljei, reduced order modelling és ennek kapcsolata a rendszerszintű viselkedési leírással, multifizikai szimulációk), energiaátalakítási folyamatok vizsgálata.
14. MEMS-ek számítógépes modellezése és szimulációja: véges elemes analízis, redukált bonyolultságú modellek / hálózati modellek alkalmazása. Szimulációs programok áttekintése. MEMS tervező és szimulációs programok bemutatása.

Gyakorlatok tematikája:

1. Ismerkedés a nyílt integrál áramkör tervező rendszerrel; design Flow bemutatása egy konkrét példán keresztül. Specifikációk tisztázása.
2. Egy kiválasztott áramkor kapcsolási rajzának elkészítése és szimulációk (dc, tranziens, ac, stb.) futtatása
3. Az áramkör működésének különböző technológiai szórásokra es hőmérséklet tartományokra történő szimulációja, a terv módosítása
4. Egyszerű áramkörök fizikai tervének (layout) elkészítése. Gyárthatósági ellenőrzések futtatása, parazitaelemek extrakciója és post-layout szimulációk futtatása.
5. MEMS Eszközök tervezésének lépései. Egy kiválasztott MEMS eszköz fizikai tervének elkészítése.
6. MEMS eszköz működésének szimulációja FEM eszköz segítségével
7. System on Chip eszközök együttes tervezési, méretezési és szimulációs eszközei, lehetőségei, módszerei

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

előadás és számítógéplaborban végzett gyakorlat

10. Követelmények

A félév során 1 db nagy ZH-t (összegző számonkérés) íratunk a szorgalmi időszakban, a 8. héten; az aláírás megszerzéséhez ennek legalább elégséges szintű teljesítése és a gyakorlatokon való sikeres részvétel (max. 1 hiányzás) szükséges.

A vizsgaidőszakban: vizsga

A tárgyból elővizsgát tartunk a félévközi zárthelyin megfelelően magas pontszámot elérteknek.

Vizsgaidőszakban írásbeli vizsgát tartunk, szóbeli javítási lehetőséggel.


11. Pótlási lehetőségek

 A ZH (összegző számonkérés) a szorgalmi időszakban egyszer pótolható és egy gyakorlat pótlására adunk lehetőséget.  További pótlási lehetőség (pl. pót-pót ZH) főszabály szerint nincs.

12. Konzultációs lehetőségek

 Zh. ill. vizsganapok előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés képezi a konzultáció alapját.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

-        Mojzes Imre (sz.), ”Mikroelektronika és technológia”, Műegyetemi Könyvkiadó, Budapest, 2006

-        Dr. Bognár György, ”Szemelvények VLSI áramkörök tématerületén”, Elektronikus jegyzet, 2011

-        Wai-Kai Chen , ”The VLSI handbook”, CRC Press LLC, 2000. ISBN 0-8493-8593-8

-        Mohamed Gad-el-Hak, ”MEMS Design and Fabrication”, CRC Press LLC, 2006. ISBN 0-8493-9138-5

-        Stephen D. Senturia, „Microsystem design” Kluwer Academic Publishers. 2002. ISBN 0-7923-7246-8

-        Folyóiratok:

o   IEEE Solid State Technology, IEEE VLSI Circuits (http://ieeexplore.ieee.org)

o   European Semiconductors

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra

42

Készülés előadásokra

14

Készülés gyakorlatokra

8

Készülés laborra

0

Készülés zárthelyire

16

Házi feladat elkészítése

0

Önálló tananyag-feldolgozás

0

Vizsgafelkészülés

40

Összesen

120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Bognár György

egyetemi docens

EET

Dr. Poppe András

egyetemi docens

EET

Dr. Ress Sándor László

egyetemi docens

EET

Dr. Szabó Péter Gábor

egyetemi adjunktus

EET