Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Mikroelektronikai rendszerek tervezése laboratórium

    A tantárgy angol neve: Design of Microelectronics Systems Laboratory

    Adatlap utolsó módosítása: 2017. június 21.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Villamosmérnöki mesterképzési szak
    Mikroelektronika és elektronikai technológia főspecializáció
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEMA03 2 0/0/3/f 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Timár András, Elektronikus Eszközök Tanszéke
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Timár András

    egyetemi adjunktus

    EET

    Dr. Czirkos Zoltán

    egyetemi docens

    EET

    Dr. Bognár György

    egyetemi docens

    EET

    Dr. Gaertner Péter

    c. egyetemi docens

    EET

    Dr. Szabó Péter

    egyetemi docens

    EET

    Dr. Horváth Péter

    egyetemi adjunktus

    EET

    Takács Gábor

    tanársegéd

    EET

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Elektronika, Mikroelektronika, C/C++ készségszintű ismerete a nagybonyolultságú digitális áramkörök tervezése irány választóinak. Tranzisztoros erősítő alapkapcsolások ismerete (differenciál erősítő, műveleti erősítő), oszcillátor alapkapcsolások (gyűrűs oszcillátor) ismerete a Mikroelektronikai rendszerek tervezése irányt választóknak.

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIEEM253" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény( "BMEVIEEM314" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIVIEEM253", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIEEM314", "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 laboratórium tárgy célja, hogy lehetőséget teremtsen a VLSI áramkörök, illetve a Mikroelektronikai rendszerek tervezése c. tárgyak során elsajátított elméleti ismeretek gyakorlati kipróbálására. Ezért a laboratóriumi munka során a hallgatók választhatnak, hogy a korszerű mikroelektronikai rendszerek (integrált mikrorendszerek jelfeldolgozó és kommunikációs áramkörökkel közös hordozón kialakítva) tervezésével vagy nagybonyolultságú digitális áramkörök és hálózati interfészeik magas szintű tervezésével kívánnak-e foglalkozni. A hallgatók a félév során a gyakorlatban is megismerkednek az iparban alkalmazott modern számítógépes tervező rendszerekkel és korszerű szimulációs környezetekkel. Egy, a szemeszter során esettanulmány jelleggel (egyedileg vagy csapatban) megoldandó kisebb tervezési projektfeladat segítségével a laboratóriumi munka során a hallgatók készség szinten elsajátítják a tervezőrendszerek használatát.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    A választott projektfeladat jellegének megfelelően vagy egy analóg/MEMS design flow-n végighaladva, vagy egy digitális rendszer magas szintű leírásának elkészítése és szintézise révén történik a mikroelektronikai tervezőrendszerek bemutatása.

     

    Mikroelektronikai rendszerek tervezése

     

    Az analóg/MEMS projektfeladat során a hallgatók megismerkednek a Cadence Virtuoso áramkörtervező rendszerrel. Az elkészítendő analóg áramkör kapcsolási rajzát, annak tranziens, DC és AC szimulációját is ebben a környezetben hajtják végre a hallgatók. Az áramkör egyedi tervezésű layoutját szintén Cadence Virtuoso rendszerben készítik el és post-layout szimuláció elvégzésével ellenőrzik az integrált áramkör működését. A MEMS eszköz végeselemes mechanikai szimulációit ANSYS rendszer segítségével hajtják végre a hallgatók.

     

    A laboratórium ütemterve:

    hét

    Téma

    1-2

    A nyílt tervezőrendszerek jellemzőinek megismerése (Mentor/Cadence tervezőrendszer). A Mentor/Cadence tervezőrendszer használatának elsajátítása egy-egy mintapélda segítségével

    3-5

    A kiválasztott analóg integrált áramkör kapcsolási rajzának tervezése, az elkészült áramkör működésének ellenőrzése ipari SPICE szimulátorral, a technológiai szórások és a hőmérsékletváltozás figyelembevételével.

    6-8

    A fizikai terv (layout) elkészítése, tervezési szabályok ellenőrzése, post-layout szimulációk elvégzése.

    9-11

    Ismerkedés MEMS tervezőrendszerekkel; egy széleskörűen használt tervezőrendszer használatának elsajátítása. Ismerkedés a MEMS tervezésben használatos szimulációs módszerekkel

    12-14

    Egy kisebb önálló tervezési feladat végrehajtása a bemutatott tervező programok (pl. ANSYS) egyikével

     

    Nagybonyolultságú digitális áramkörök tervezése

     

    A rendszertervezés módszereit egy egész féléves feladaton keresztül ismerhetik meg a hallgatók. Ebben a feladatban egy egyszerű mikroprocesszor (pl. MOS Technology 6502 8-bites mikroprocesszor) SystemC nyelven megvalósított, rendszerszintű tervét készítik el. Az így megalkotott processzort a félév végén emulált perifériák környezetébe helyezve, azokhoz illesztve tesztelik. Az így kialakított rendszer egyes moduljai, a processzor és a perifériák közötti kommunikációt tranzakció és regiszterátviteli szinten is modellezik. Az implementált utasításkészlet, az emulált kijelző és billentyűzet segítségével egy összetett, valós hardveren is működő példaprogram válik futtathatóvá. A feladat végrehajtása során a hallgatók a MOS Technology 6502 8-bites mikroprocesszort magas szintű nyelven valósítják meg. A feladat megoldásánál a SystemC Linux környezetben (OpenSuse) hozzáférhető verzióját használják a hardver leírására. Az emulációt és a megtervezett hardver szoftveres verifikációját az SDL multimédiás C keretrendszerrel végzik. Ellenőrzés céljából a megtervezett processzoron a hallgatóknak egy egyszerű tárolt programot kell megvalósítaniuk.

    A laboratórium ütemterve:

    hét

    Téma

    1

    C++ áttekintés, C++-alapú hardvermodellezés

    Demonstráció: egyszerű mikroprocesszoros rendszerek procedurális és objektum-orientált modelljeinek bemutatása

    2

    SystemC áttekintés, SystemC RTL-alapú hardvermodellezés

    Demonstráció: egyszerű mikroprocesszoros rendszerek SystemC modelljeinek bemutatása

    3

    Objektumorientált / procedurális C++ modellek beépítése SystemC modellekbe, a SystemC wrapper-ek használata

    Demonstráció: egyszerű mikroprocesszoros rendszer procedurális modelljének beépítése SystemC szimulációs környezetbe SystemC wrapper segítségével, ciklushelyes SystemC modell készítése

    4-8

    6502 mikroprocesszor C / C++ / SystemC modelljének elkészítése

    8-13

    Videovezérlő modul SystemC modelljének beépítése, verifikáció


     

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

    A tárgy félévközi jeggyel zárul. A jegy megadásának feltétele a félév elején kiadott feladatok legalább elégséges szintű megoldása. A félévközi jegyet a végzett munka és a beadott dokumentáció alapján adjuk.

    11. Pótlási lehetőségek

    A pótlási héten a féléves feladat egy része pótolható csak (20%)

    12. Konzultációs lehetőségek

    Az előadókkal történő személyes megbeszélés képezi a konzultáció alapját.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    -        Tervezőrendszerekhez tartozó elektronikus dokumentációk és tervezési segédletek (http://edu.eet.bme.hu)

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

    -        SDL multimédia keretrendszer - https://www.libsdl.org, http://wiki.libsdl.org

    -        SystemC - http://www.accellera.org/downloads/standards/systemc

    -        J. Bashker: A SystemC Primer

    -        Thorsten Grötker, Stan Liao, Grant Martin, Stuart Swan: System Design with SystemC

    -        David C. Black, Jack Donovan, Bill Bunton, Anna Keist: SystemC: From the Ground Up

    -        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

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    Kontakt óra

    56

    Készülés előadásokra

    14

    Készülés gyakorlatokra

    0

    Készülés laborra

    14

    Készülés zárthelyire

    20

    Házi feladat elkészítése

    0

    Önálló tananyag-feldolgozás

    0

    Vizsgafelkészülés

    46

    Összesen

    150

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

     

    Dr. Bognár György

    egyetemi docens

    EET

    Dr. Czirkos Zoltán

    egyetemi adjunktus

    EET

    Dr. Gaertner Péter

    c. egyetemi docens

    EET

    Dr. Timár András

    egyetemi adjunktus

    EET

    Dr. Szabó Péter

    egyetemi adjunktus

    EET

    Horváth Péter

    tanársegéd

    EET

    Takács Gábor

    tanársegéd

    EET