Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Anotace:
Předmět se zaměřuje na komplexní proces návrhu integrovaných obvodů od teoretických základů až po praktické fyzikální realizace (layout). V přednáškách jsou postupně probírány principy návrhu čipů, rozdíly mezi diskrétní a integrovanou technologií, technologie CMOS a BCD, metodiky správného návrhu tranzistorů a obvodových struktur, pokročilé přístupy k výkonovým MOS tranzistorům a stavebním blokům (referenční obvody, děliče, mix-signal prvky, stabilita).
Další části se věnují návrhu lineárních regulátorů napětí (LDO), ochranám (OCP, eFuse, ESD), problematice parazitních jevů, topologiím čipu a metodám fyzikálního návrhu včetně automatizace a programování v Pythonu. Součástí je také problematika testování, diagnostiky chyb a ekonomických aspektů výroby čipů.
Cvičení poskytují praktickou zkušenost s návrhovým prostředím Cadence Virtuoso a jazykem SKILL. V rámci předmětu se realizuje kompletní návrh integrovaného LDO regulátoru s proudovou ochranou, včetně detailního návrhu výkonového tranzistoru a zpětnovazební rezistorové děličky. Dále se zaměřují na pokročilé proudové zrcadla, řešení stability obvodů a postupné doplňování ochranných mechanismů. V rámci fyzikálního návrhu se procvičuje tvorba výkonových MOSFET struktur, párových prvků a programovatelných rezistorových děliček, následně je prováděna verifikace (DRC, LVS). Kurz je zakončen praktickými cvičeními zaměřenými na automatizaci analogového návrhu integrovaných obvodů.
Obsah:
Předmět se zaměřuje na komplexní proces návrhu integrovaných obvodů od teoretických základů až po praktické fyzikální realizace (layout). V přednáškách jsou postupně probírány principy návrhu čipů, rozdíly mezi diskrétní a integrovanou technologií, technologie CMOS a BCD, metodiky správného návrhu tranzistorů a obvodových struktur, pokročilé přístupy k výkonovým MOS tranzistorům a stavebním blokům (referenční obvody, děliče, mix-signal prvky, stabilita).
Další části se věnují návrhu lineárních regulátorů napětí (LDO), ochranám (OCP, eFuse, ESD), problematice parazitních jevů, topologiím čipu a metodám fyzikálního návrhu včetně automatizace a programování v Pythonu. Součástí je také problematika testování, diagnostiky chyb a ekonomických aspektů výroby čipů.
Cvičení poskytují praktickou zkušenost s návrhovým prostředím Cadence Virtuoso a jazykem SKILL. V rámci předmětu se realizuje kompletní návrh integrovaného LDO regulátoru s proudovou ochranou, včetně detailního návrhu výkonového tranzistoru a zpětnovazební rezistorové děličky. Dále se zaměřují na pokročilé proudové zrcadla, řešení stability obvodů a postupné doplňování ochranných mechanismů. V rámci fyzikálního návrhu se procvičuje tvorba výkonových MOSFET struktur, párových prvků a programovatelných rezistorových děliček, následně je prováděna verifikace (DRC, LVS). Kurz je zakončen praktickými cvičeními zaměřenými na automatizaci analogového návrhu integrovaných obvodů.
Osnovy přednášek:
| 1. | | Zrození nového čipu; návrh hierarchie, rozdíl mezi diskrétní a integrovanou technologií, popis technologie BCD a CMOS, pokročilý pohled na základní stavbní prvky návrhu integrovaných obvodů. |
| 2. | | Správné návrhové postupy – zrcadlení, kaskodování, rozměry tranzistorů, párové struktury, proudová zatížitelnost, Rdson, Comon Mode+CASC, "škálování" rozměrů u digitálních a analogových obvodů, přesnost. |
| 3. | | Pokročilý návrh výkonových integrovaných MOS tranzisotorů v analogových obvodech, typy výkonových MOS tranzistorů, napěťová třída výkonových tranzisotrů, popis copy MOS tranzistorů. |
| 4. | | Pokročilý návrh stavebních bloků – část I – Startovací obvod, přesná reference napětí a proudu, pokročilá konfigurovatelnost. |
| 5. | | Pokročilý návrh stavebních bloků – část II – Pokročilá konfigurovatelnost, děliče, obvody v režimu Mix (ADC, DAC atd.). |
| 6. | | Pokročilý návrh stavebních bloků – část III – Popis metod k zajištění stability obvodů |
| 7. | | Pokročilá konstrukce IP bloku I - lineární regulátory napětí (LDO), elektronické pojistky (eFuse), proudové ochrany (OCP) |
| 8. | | Čip jako minové pole: ESD ochrana, odolnost proti latch-up, Triming, testovatelnost; parazitní struktury, Post layout simulace. |
| 9. | | Pokročilý návrh topologie čipu - analogový TOP, digitální TOP; efekty závislé na rozložení (WPE, STI, wSTI, ant. dioda, PID, metalizace); půdorys (metodologie, vstupně výstupní bloky, umístění padů) |
| 10. | | Metody automatizace rozložení fyzikálního návrhu integrovaných obvodů |
| 11. | | Metody automatizace rozložení fyzikálního návrhu integrovaných obvodů v Python programovacím jazyce |
| 12. | | Základní "zlatá" pravidla při fyzikálním návrhu integrovaných obvodů |
| 13. | | Metody analýzy chyb v návrhu IC: Elektrické diagnostické metody, reprodukce, Optická, elektronová mikroskopie, SAW, RTG, IR, Obirch, LASER řez, FIB řez + depozice, metal fix. |
| 14. | | Možnosti realizace čipů, nutné vstupy, ekonomická stránka. |
Osnovy cvičení:
| 1. | | Uvedení do programovacího jazyka SKILL ve vývojovém prostředí Virtuoso Cadence |
| 2. | | Popis navrhovaného čipu (LDO s OCP), přesný návrh zpětnovazební konfigurovatelné rezistorové děličky |
| 3. | | Přesný návrh výkonového tranzistoru s respektováním podmínek pro danou LDO strukturu a s požadavky na RDS_ON |
| 4. | | Pokročilý návrh LDO s jednoduchým proudovým zrcadlem |
| 5. | | Pokročilý návrh LDO s kaskodovým proudovým zrcadlem |
| 6. | | Řešení stability obvodů - part I 7.Řešení stability obvodů - part II |
| 8. | | Doplnění pokročilého návrhu LDO s kaskodovým proudovým zrcadlem o proudovou ochranu (OCP) |
| 9. | | Fyzikální návrh výkonového tranzistoru MOSFET včetně vodících vrstev (metal layers) |
| 10. | | Fyzikální návrh rezistorové děličky použité v LDO (programovatelná rezistorová dělička) |
| 11. | | Fyzikální návrh párových struktur v LDO topologii (diferenciální stupeň, proudové zrcadlo s kaskodou) |
| 12. | | Verifikace fyzikálního návrhu, DRC, LVS |
| 13. | | Automatizované rozvržení analogového návrhu integrovaných obvodů - part I 14.Automatizované rozvržení analogového návrhu integrovaných obvodů - part II |
Literatura:
Povinná literatura:
Analog design:
| 1) | | Razavi: Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGRAW-Hill, |
| 2) | | Murari, F. Bertotti, G.A.Vignola: Smart Power ICs, Springer, |
| 3) | | Gray, P Hurst, s. Lewis, R. Mayer: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley and Sons. |
Doporučená literatura:
Analog design:
| 1) | | Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 5th Edition, by J. Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. |
Lewis, Robert G. Meyer
| 2) | | Analog Integrated Circuit Design, by Tony Chan Carusone, David Johns, Kenneth Martin |
Analog layout:
| 1) | | The Art of Analog Layout, by Alan Hastings |
| 2) | | Fundamentals of Power Semiconductor Devices, by BJ Baliga |
| 3) | | Analog-to-Digital Conversion, by Marcel J.M. Pelgrom |
Digital design:
| 1) | | P. J. Ashenden, The Designer's Guide to VHDL, Morgan Kaufmann, 2008 |
Požadavky:
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Stránka vytvořena 16.11.2025 17:51:34, semestry: L/2026-7, L/2025-6, L/2024-5, Z/2026-7, Z/2025-6, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |