Detail předmětu

Analog Integrated Circuits Design

FEKT-BPA-NAOAk. rok: 2020/2021

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

angličtina

Počet kreditů

5

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 BPA-ELE bakalářský

    specializace BPA-ECT , 3 ročník, zimní semestr, povinný

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.