Mikroelektronikai rendszerek tervezése laboratórium

A tantárgy angol neve: Design of Microelectronics Systems Laboratory

Adatlap utolsó módosítása: 2019. május 6.

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. Szabó Péter Gábor, Elektronikus Eszközök Tanszéke
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Bognár György

egyetemi docens

EET

Dr. Szabó Péter Gábor

egyetemi docens

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

42

Készülés előadásokra

0

Készülés gyakorlatokra

0

Készülés laborra

42

Készülés zárthelyire

0

Házi feladat elkészítése

36

Önálló tananyag-feldolgozás

0

Vizsgafelkészülés

0

Összesen

120

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