Μεθοδολογίες Σχεδιασμού Μικροηλεκτρονικών Κυκλωμάτων

Γενικά

• Κωδικός Μαθήματος: 1613
• Εξάμηνο: 6ο
• Τύπος Μαθήματος: Εξειδίκευσης (ΕΞ)
• Είδος Μαθήματος: Επιλογής (ΕΠ)
• Γνωστική Περιοχή: Ηλεκτρονική (ΗΛ)
• Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
• Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
• Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
• Το μάθημα προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus
• Προτεινόμενα προαπαιτούμενα μαθήματα: (1504) Ηλεκτρονικές Διατάξεις
• Συντονιστής: Παπακώστας Δημήτριος

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι η κατανόηση της τεχνολογίας κατασκευής και της μεθοδολογίας σχεδιασμού αναλογικών, ψηφιακών και μικτών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων καθώς και των γενικών αρχών της αρχιτεκτονικής τους και των μεθόδων εξέτασης της αξιοπιστίας τους. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να:

• Περιγράφει τα βασικά ορόσημα της ιστορικής αναδρομής που αφορά στον τρόπο κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και να αναγνωρίζει και να εξηγεί τις διαδικασίες που εφαρμόζονται και τις σύγχρονες τεχνικές που ακολουθούνται στην τεχνολογία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
• Αναγνωρίζει και να διακρίνει τις μεθόδους και την τεχνολογία κατασκευής ολοκληρωμένων αντιστάσεων, πυκνωτών, διόδων, διπολικών τρανζίστορ BJT, ΜOSFET, CMOS.
• Εξηγεί την λειτουργία και να διαφοροποιεί τη σχεδίαση βασικών βαθμίδων αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων όπως καθρέπτες ρεύματος, διαφορικοί ενισχυτές, τελεστικοί ενισχυτές.
• Εξηγεί την λειτουργία βασικών βαθμίδων ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων όπως αντιστροφέας, διακόπτης, βασικές πύλες, σύνθετα συνδυαστικά και ακολουθιακά κυκλώματα.
• Αναγνωρίζει και να αξιολογεί τις κυριότερες μεθόδους εξέτασης και ποιοτικού ελέγχου αναλογικών και μικτών ολοκληρωμένων κυκλωμάτωνκαι να εξετάζει και να κρίνει τις κυριότερες μεθόδους εξέτασης ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
• Αναγνωρίζει και να εκτιμά τα βασικά χαρακτηριστικά λογισμικών ανάλυσης και σχεδίασης μασκών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
• Γνωρίζει και να χρησιμοποιεί εργαλεία λογισμικού για τη σχεδίαση σε λογικό και φυσικό επίπεδο και την εξομοίωση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και να αναλύει, συνθέτει και σχεδιάζει απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα σε επίπεδο φυσικού σχεδιασμού (layout).

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Λήψη αποφάσεων
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Εργασία σε διεθνές περιβάλλον
• Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

Ιστορική αναδρομή. Τεχνικές ανάπτυξης κρυστάλλων. Είδη μικροκυκλωμάτων. Διαδικασία κατασκευής: καθαρισμός πυριτίου, ανάπτυξη κρυστάλλου, κοπή σε wafers, ανάπτυξη με επίταξη, οξείδωση, φωτολιθογραφία, εισαγωγή προσμίξεων με διάχυση ή εμφύτευση ιόντων, επιμετάλλωση, συσκευασία.
Ολοκληρωμένες αντιστάσεις, πυκνωτές, δίοδοι, BJT, ΜOSFET, CMOS.
Αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα: καθρέπτες ρεύματος, διαφορικοί ενισχυτές, τελεστικοί ενισχυτές.
Ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα: αντιστροφέας, διακόπτης, βασικές πύλες, σύνθετα συνδυαστικά και ακολουθιακά κυκλώματα.
Μεθοδολογίες και εργαλεία σχεδιασμού ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Αξιοπιστία και ποιοτικός έλεγχος. Μέθοδοι εξέτασης. Προσθήκη, ανίχνευση και σύγκριση σήματος. Σάρωση ορίων (Boundary scan). Έλεγχος Ψηφιακών Κυκλωμάτων. Μοντέλα σφαλμάτων. Πολυπλοκότητα δοκιμών. Ενσωματωμένος αυτοέλεγχος (BIST). Ανάλυση Υπογραφών.
Λογισμικά ανάλυσης και σχεδίασης σε επίπεδο φυσικού σχεδιασμού (layout).

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

• Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία.
• Εργαστηριακή εκπαίδευση σε λογισμικά ανάλυσης και σχεδίασης σε επίπεδο φυσικού σχεδιασμού (layout).

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών (Power point presentations).
• Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση φοιτητών

Η βαθμολογία του μαθήματος προκύπτει από την τελική εξέταση του εξαμήνου και από εργασία που εκπονούν και παρουσιάζουν οι φοιτητές. Ο βαθμός του μαθήματος πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).
Η εργασία αφορά σε θέματα που σχετίζονται με τις πρόσφατες εξελίξεις στη μικροηλεκτρονική και παρουσιάζεται από τους φοιτητές σε ομάδες των δύο (συνήθως) ατόμων. Βασίζεται σε πρόσφατη και αξιόπιστη βιβλιογραφία και περιλαμβάνει περιγραφή με κείμενο περίπου 2000 λέξεων και αρχείο παρουσίασης με περίπου 25 διαφάνειες. Η παρουσίαση των εργασιών (διάρκειας 20΄- 30΄) γίνεται κατά τη διάρκεια των ωρών διδασκαλίας και η παρακολούθηση είναι υποχρεωτική για όλους τους φοιτητές.
Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"

1. Kang Sung - Mo (Steve), Leblebici Yusuf, Ανάλυση και σχεδίαση ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων CMOS, Εκδ. Τζιόλα.
2. P.R. Gray, P.J. Hurst, S.H. Lewis, R.G. Meyer, Ανάλυση και Σχεδίαση Αναλογικών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων, Εκδ. Κλειδάριθμος.

Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

1. Jaeger, Μικροηλεκτρονική, τόμοι Α, Β. Εκδ. Τζιόλα.
2. Sedra - Smith, Μικροηλεκτρονικά κυκλώματα, τόμοι Α, Β. Εκδ. Παπασωτηρίου.

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

1. R. Geiger, P. Allen, N. Strader: VLSI design for analog and digital circuits,
2. K. Laker, W Sansen: Design of analog integrated circuits and systems

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems
2. IEEE Journal of Solid-State Circuits