Detail předmětu

Metody návrhu digitálních integrovaných obvodů

FEKT-MPC-NDOAk. rok: 2025/2026

Aspekty návrhu a nároky kladené na digitální integrované obvody. Používané technologie (bipolární, CMOS a BiCMOS).
Nové obvodové principy, moderní stavební bloky ASIC. Cvičení na počítačích zaměřená na simulaci a návrh funkčních bloků IO. Využití profesionálních programových balíků (CADENCE) pro procvičení komplexního návrhu digitalního IO včetně topologie masek.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, by měl:
- umí navrhnout komplexní kombinační a sekvenční obvody s využitím jazyka HDL
- je schopen podle zadaní logického systému definovat vstupní podmínky a blokové zapojení výsledného digitálního systému
- je schopen navrhnout výsledný digitální obvod z definice popsané v katalogovém listu
- umí implementovat logický systém do programovatelného obvodu
- je schopen verifikovat a vyhodnotit navržený logický systém

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Cílem je seznámit studenty s pokročilými metodami návrhu moderních digitálních integrovaných obvodů. Budou seznámeni se složitějšími funkčními bloky, jejich návrhem (včetně topografie), vlastnostmi a aplikacemi.
Absolvent předmětu:
- umí popsat všechny potřebné fáze v návrhu dig. integrovaných obvodů
- umí navrhnout komplexní kombinační a sekvenční obvody s využitím jazyka HDL
- je schopen napsat základní TCL skript pro syntézu RTL popisu v nástroji Cadence RTL Compiler
- je schopen provést analýzu dig. obvodu s ohledem na rychlost, plochu a spotřebu
- umí používat moderní nástroje určené pro návrh digitálních integrovaných obvodů

Studijní opory

 elektronické texty, prezentace, videonávody  

Základní literatura

Advanced Digital System Design: A Practical Guide to Verilog Based FPGA and ASIC Implementation, Shirshendu Roy, 2023, ISBN‏ : ‎ 978-8194891888 (EN)
Baker, J.R.:"CMOS circuit design, layout and simulation", IEEE Press a Wiley Interscience, 1280 pages, ISBN 978-1119481515, 2019 (EN)
Kang, Yusuf Leblebici, Chulwoo Kim, CMOS Digital Integrated Circuits,728 pages, 978-9353165093, 2019 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-NCP magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Osnova

Druhy digitálních integrovaných obvodů CMOS. Základní typové řady.
Obvody ASIC, programovatelné obvody. Topografie integrovaných obvodů a jejich výroba.
Základní funkční bloky digitálních integrovaných obvodů. Kombinační logické obvody.
Charakterizace obvodů CMOS. Simulace na elektrické a na logické úrovni.
Sekvenční logické obvody. Dynamické logické obvody.
Alternativní logické struktury(BiCMOS, GaAs).
Návrh subsystémů a funkčních bloků (sčítačka, paralelní násobička, paměť ROM, RAM, EPROM)
Nízkopříkonové obvody CMOS.
Návrhové metodiky. Návrhové a simulační prostředky.
Rozmístnění a propojení, přířazení vývodů. Vstupní a výstupní obvody a vývody.
Testování, návrh testovatelných obvodů, návrh vyrobitelných obvodů.
Jazyk VHDL.
Intelektuální vlastnictví (intellectual property, IP), systémy na čipu (system on a chip, SOC). Ekonomické aspekty návrhu, výroby a aplikací integrovaných obvodů.

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Osnova

Nastavení návrhového prostředí, demo úloha.
Elektrická simulace digitálních obvodů.
Logická simulace, kritická cesta.
Analýza nejhoršího případu, hazardy.
Základní funkční bloky digitálních IO.
Standardní řady obvodů CMOS.
Programovatelné obvody.
Návrh rozmístění a propojení.
Jazyk VHDL - struktura a syntaxe.
Jazyk VHDL - statické a dynamické struktury.
Jazyk VHDL - komplexní příklad.
Testovatelnost.
Návrh digitálního obvodu ASIC - případová studie.