Микросхемотехника. Рабочая программа дисциплины

РПД МЭ СД.06 2005 ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет естественнонаучный Кафедра Микроэлектроника

Система методического обеспечения учебного процесса

Рабочая программа дисциплины Микросхемотехника по программе подготовки инженера по направлению 654100 Электроника и микроэлектроника

специальности 210104 Микроэлектроника и твердотельная электронике

Экземпляр №

2005год

РПД МЭ СД.06 2005 1 РАЗРАБОТАНА на основе государственного образовательного стандарта 23тех/дс, семестровых планов и примерной программы НМС УМО Автор доцент кафедры микроэлектроники, доцент «30» марта 2005 г.

В.Б. Абрамов

2 РЕЦЕНЗЕНТ профессор кафедры микроэлектроники, д.т.н.., профессор «30» марта 2005 г

Р.М. Печерская

(должность, место работы, уч. степень, звание, подпись, дата, инициалы, фамилия) 3 СОГЛАСОВАНА ........................................................................................................................................ (подразделение, руководитель .................................) 4 ВНЕСЕНА (ПОДГОТОВЛЕНА к утверждению) Методической группой кафедры Руководитель к.ф-м.н., доцент «30» марта 2005 г

И.А. Аверин.

(уч. степень, звание, подпись, дата, фамилия и инициалы) 5 УТВЕРЖДЕНА на заседании кафедры микроэлектроника. (дата, № протокола) Зав. кафедрой. , д.т.н.., профессор

Р.М. Печерская

( уч. степень, звание, подпись, дата, фамилия и инициалы)

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры - разработчика программы.

РПД МЭ СД.06 2005 Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины Микросхемотехника (наименование дисциплины, прописными буквами) Специальность (направления).210104.Микроэлектроника и твердотельная электроника Дата введения 2005-___-____ 1 Область применения Настоящая рабочая программа (далее программа) устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности по дисциплине «Микросхемотехника» специальности 210104.Микроэлектроника и твердотельная электроника Предназначена для преподавателей и студентов, участвующих в процессе изучения дисциплины. 2 Нормативные ссылки Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки специалиста ...................................................инженера……………………….... (Позиция ___.___). Учебный план ПензГУ по направлению 654100. и специальности 210104. Микроэлектроника и твердотельная электроника, утвержденный ____ ___ 2005 г. (Блок ___, позиция ___). Семестровый учебный план на 2005 –2006 учебный год. 3 Нормативная трудоемкость дисциплины Трудоемкость дисциплины в часах, исходя из 17-недельного семестра (дробью: всего в семестре /в среднем в неделю): 7 сем.

8 сем

Общая

68/4

136/8

204/12

Обязательная аудиторная

34/2

51/3

85/5

лекции

17

34

51/3

лабораторные занятия

17

17

34/2

практические занятия

Не предусм.

семинары

Не предусм.

курсовое проектирование

Не предусм. 85/5

119/7

Самостоятельная работа студентов

34/2

аудиторная

17/1

внеаудиторная

102/6

в т.ч. курсовой проект

17/1

РПД МЭ СД.06 2005 Контроль текущий на занятиях защита курсового проекта с оценкой 8 сем. зачет –8 сем. сдача экзамена 7 и 8 сем. 4 Цель и задачи дисциплины 4.1 Основная цель преподавания дисциплины «Микросхемотехника» – изучение студентами схемотехники цифровых, аналоговых и цифро-аналоговых интегральных микросхем, методов схемотехнического проектирования и применения микросхем в микроэлектронной аппаратуре. 4.2 В результате изучения дисциплины студент должен: 4.2.1. знать и уметь использовать: - основные схемотехнические решения, используемые в современных цифровых и аналоговых микросхем различной степени интеграции; - физические принципы работы, характеристики и параметры интегральных элементов и компонентов; - современные методы расчета и определения основных характеристик и параметров микросхем; - справочный аппарат по выбору цифровых и аналоговых интегральных микросхем для разработки устройств электронной техники. 4.2.2. Иметь навыки: - разработки и применения интегральных микросхем для решения инженерных задач при создании узлов радиоэлектронной аппаратуры и функциональных узлов вычислительной техники; - использование средств вычислительной техники при проведении схемотехнического анализа и синтеза микросхем, проектно-конструкторских работ; - оценки областей применения и режимов эксплуатации интегральных микросхем. 4.2.3. Иметь представление: - о перспективных направлениях развития элементной базы интегральных микросхем; - о технологических и физических ограничениях в улучшении параметров микросхем (степени интеграции, быстродействии, потребляемой мощности и др.); - о современных цифровых и радиоэлектронных программных и аппаратных способах реализации функций, алгоритмическом, функционально-структурном, логичном и схемном проектировании систем; - об элементной базе микропроцессоров и микроЭВМ, их архитектуре, основных узлах и блоках. 5 Место дисциплины в учебном процессе Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин обеспечивающих схемотехническую подготовку. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: - материалы и элементы электронной техники; - информатика; - теоретические основы электротехники; - твердотельная электроника; - микроэлектроника; Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении курсов: Проектирование полупроводниковых приборов и ИМС. Автоматизация проектирования.

РПД МЭ СД.06 2005 6 Сводные данные об основных разделах дисциплины и распределении часов по видам занятий Наименование раздела

Количество часов занятий Аудиторных Лекционных

Практических

Лабораторных

Самостоятельных

Введение

1 час

Основы цифровой техники

4 часа

Элементы цифровой техники

6 часов

6 часов

8 часов

Цифровые микросхемы комбинационного типа

4 часов

6 часов

17 часов

Цифровые микросхемы последовательностного типа

8 часов

6 часов

17 часов

Базовые матричные кристаллы и програмируемые логические матрицы

2 часа

8 часов

Полупроводниковые элементы памяти

4 часов

7 часов

Микропроцессоры и микро-ЭВМ

4 часов

8 часов

Аналоговые структуры

4 часа

6 часов

7 часов

Операционные усилители и их применение

4 часов

6 часов

8 часов

Интегральные регуляторы напряжения и тока

2 часа

Цифроаналоговые и аналогцифровые ИС и их применение Перспективные направления элементной базы схемотехники интегральных микросхем

5 часов

Заключительное занятие

1 час

2часа

Уровни изучения

7 часов

7 часов 4 часа

8 часов 7 часов

7 Лекции 7.1 Разделы и их содержание 7.1.1.Введение ( 1 час ). Микосхемотехника как основа системного подхода к разработке и применению микросхем. Основные требования при решении схемотехнических задач. Задачи микросхемотехники. Роль и место схемотехнического проектирования в процессе разработки микросхем различной степени интеграции. Взаимосвязь микросхемотехники с другими дисциплинами учебного плана специализации. Содержание и методика изучения курса. Термины и определения. Активные и пассивные элементы микросхем. Топологические структуры микросхем. 7.1.2. Основы цифровой техники (4 часа). Понятие о цифровых системах. Представление чисел и выполнение арифметических оперций. Основы алгебры-логики и выполнение логических операций. Способы минимизации и декомпозиции логических функций. Структура и принципы работы цифровых систем. Понятия об алгоритмическом, функционально-структурном, логическом и схемном проектировании систем.

РПД МЭ СД.06 2005 7.1.3. Элементы цифровых микросхем (6 часов). Логические элементы, их статические параметры, рабочие режимы, переходные характеристики, помехоустойчивость, динамические параметры. Расчет рабочих режимов. Элементы диодно-транзисторной логики, их характеристики. Элементы транзисторно-транзисторной логики, их характеристики. Модифицированная ТТЛ логика. Элементы интегральной инжекционной логики, их характеристики. Элементы эмиттерно-связанной логики. Переключатель тока. Статический режим работы, помехоустойчивость, динамические характеристики. Модификации ЭСЛ элемента.. Ключи на МДП транзисторах, статические параметры, рабочие режимы, переходные характеристики, помехоустойчивость, динамические параметры.. Логические элементы на однотипных и комплементарных транзисторах МДП транзисторах и их модификации. Логические элементы микросхем, реализуемых на арсениде галлия. Сравнение логических элементов. Элементная база и особенности структуры цифровых БИС и СБИС. 7.1.4. Цифровые микросхемы комбинационного типа (4 часа). Методика синтеза комбинационных схем. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и полусумматоры, много разрядные сумматоры с ускоренным переносом, арифметико-логические устройства (АЛУ). Программируемые логические матрицы, их использование для реализации логических функций. 7.1.5. Цифровые микросхемы последовательностногого типа(8 часов) Общее понятие о последовательностных логических схемах. Способы их функционирования и описания. Бистибильные ячейки, анализ работы. Основные типы триггеров. Синтез и анализ функционирования триггеров. Основные классы последовательностных схем, методы проектирования последовательностных схем. Регистры. Счетчики. Генераторы кодов. Примеры их синтеза и анализа. 7.1.6. Базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы (2 часа). Способы реализации специализированных БИС с малой тиражностью выпуска. Программируемые логические матрицы (ПЛМ), их структура и элементная база, проектирование цифровых устройств на базе программируемых логических матриц. Базовые матричные кристаллы (БМК), особенности их структуры. Типовые варианты ячеек цифровых БМК. Методика проектирования матричных БМК. Использование функциональных библиотек. Проектирование цифровых БИС на основе стандартных ячеек. 7.1.7. Полупроводниковые микросхемы памяти (4 часа). Классификация и основные параметры. Структура и параметры статических ОЗУ. Схемы обслуживания статических ОЗУ. Динамические ОЗУ. Микросхемы ПЗУ. Программируемые и репрограммируемые ПЗУ. Типовые схемы запоминающих элементов. 7.1.8. Микропроцессоры и микроЭВМ. (4 часа). Типовые структуры микропроцессора. Регистры микропроцессора. Взаимодействие АЛУ и регистров. Реализация переходов. Стековая память, Синхросигналы, Машинные циклы, Системы команд. Организация внутренней памяти и интерфейсиых команд. Микропроцессорные системы, их архитектура, основные узлы и блоки. Интерфейсные устройства.

РПД МЭ СД.06 2005 7.1.9. Аналоговые структуры (4 часа). Аналоговые функции, сигналы, цепи. Основные аналоговые функции. Номенклатура АИС. Принципы схемотехники АИС. Дифференциальный усилитель. Устройства согласования уровней сигнала. Эмиттерные повторители. Каскоды. 7.1.10. Операционные уселители и их применения (4 часа). Параметры и характеристики ОУ. Обратная связь в ОУ. Основные способы включения ОУ. Суммирующие усилители. Логарифмические преобразователи. Интегратор. Дифференциатор. Автогенераторы. Активные фильтры. Современные типы ОУ. Особенности схемотехники презеционных и микромощных ОУ. Методы коррекции частотно-фазовых характеристик ОУ. Интегральные компараторы (ИК). Интегральные компараторы и регуляторы, аналоговые устройства на их основе. Параметры ИК. Схемотехника ИК. Детекторы уровня. Импульсные схемы на основе ИК. Триггеры Шмидта, ждущие мультивибраторы, таймеры. 7.1.11. Интегральные регуляторы напряжения и тока (2 часа). Простейший ИР напряжения, анализ его точности. Аналоговые эталоны. ИР тока. Схемотехника ИР общего назначения. Вторичные источники питания. Импульсные источники питания. 7.1.12. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые ИС и их применение. (5 часов). Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи; их использование в микроэлектронной аппаратуре. Методы построения и принцип действия ЦАП. Схемотехника и параметры ЦАП. Резисторные матрицы, их анализ. Аналого-цифровые преобразователи. Схемы усилителей выборки и хранения для АЦП. Аналоговые коммутаторы. Схемотехника и параметры АЦП. Применение АЦП и ЦАП в аналоговых микропроцессорах и устройствах ввода и вывода информации. Сравнение аналоговых и цифровых способов обработки сигналов. Особенности реализации аналого-цифровых матричных БИС. 7.1.13. Перспективные направления элементной базы схемотехники интегральных микросхем. (2 часа). Влияние современных технологических направлений на схемотехнику микросхем. 7.1.14. Заключительное занятие ( 1 час ). 7.2 Форма проведения занятий Аудиторная, самостоятельная работа и консультации. 8 Практические занятия ( не предусмотрены) 9 Лабораторные занятия 9.1 Основные темы: Исследование характеристик ТТЛ, МмТТЛ и ТТЛШ логического элемента (2 час.) Исследование характеристик ЭСЛ логического элемента (2 час.). Исследование характеристик кМОП логического элемента (2 час.). Исследование триггерных схем (6 час.). Исследование комбинационных схем (6 час.). Исследование последовательностных структур (6 час.). Исследование статических и частотных характеристик типового ОУ (2 час.). Исследование вариантов включения ОУ (2 час.). Исследование характеристик интегральных компараторов (2 час.).

РПД МЭ СД.06 2005 Исследование АЦП (2 час.). Исследование ЦАП (2 час.). 9.2 Форма проведения занятий Аудиторные, самостоятельная работа и консультации. 10 Семинарские занятия ( не предусмотрены ). 11 Курсовой проект. Задачей курсового проектирования является приобретение практических навыков разработки электрических и структурно-логических схем микроэлектронных цифровых и аналоговых устройств. 11.1 Перечень рекомендуемых тем: Тематика курсового проектирования: разработка структурных (логических) и электрических схем цифровых или аналоговых устройств, реализуемых в виде интегральных микросхем, расчет и анализ их основных характеристик аналитическими методами и с помощью ЭВМ. Объектом проектирования являются наиболее распространенные типы цифровых (преобразователи кодов, сумматоры, регистры, счетчики, генераторы кодов и д.Р.) или аналоговых (усилители, аналоговые компараторы и перемножители, радиотехнические схемы и д.р.) устройств. Рекомендуемая степень интеграции - до 100-200 интегральных элементов (транзисторов, резисторов и др.). На основе результатов схемотехнического проектирования, полученных при выполнении курсового проекта по микросхемотехнике, может быть проведена конструкторско-технологическая разработка цифровых и аналоговых микросхем или их фрагментов в ходе курсового проектирования по курсам "Проектирование и конструирование полупроводниковых приборов и интегральных микросхем". 11.2 Рекомендации по проведению На первой неделе студент получает стандартный бланк задания на курсовое проектирование с указанием темы и технического задания на проект. На третей неделе уточняет график выполнения проекта. На десятой неделе представляет расчетные материалы и уточняет графическую часть проекта. На четырнадцатой неделе сдает проект на проверку преподавателю. На пятнадцатой неделе защищает проект. 12 Методические материалы Микросхемотехника ( методические указания по выполнению лабораторных работ ) 2002 г. ( электронная версия ) Абрамов В. Б. Элементы цифровых интегральных схем на биполярных транзисторах. Учеб. пособие Пенза изд. Пенз. гос. техн. ун-та 1993 Абрамов В.Б., Медведев С. П. Микросхемотехника ( методические указания по курсовому проектированию ) Пенза Изд. Пенз.ГУ 1997 13 Учебная литература (с указанием количества экземпляров в библиотеке ПГУ и на кафедре) Основная. 1. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. Элементы морфологии микроэлектронной аппаратуры, изд. второе .М.: Сов. радио, 1977, –352 с. (13 экз) 2. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учеб. пособие для вузов.–2-е изд. М.: Радио и связь, 1990, –496 с.(39экз.). 3. Абрамов В.Б. Микросхемотехника. Проектирование цифровых интегральных схем, Пенза изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1995, 151 с. ( 50 экз.).

РПД МЭ СД.06 2005 Дополнительная. 1. Шило В.П. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. 352 с. 2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.-М.: Мир 1982. 431с. 3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х книгах. -М.: Мир, 1988 4. Мурога С. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем. В 2-х кн. М.: Мир, 1985. 5. Федорков Б.Г. Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. -М.: Энергомашиздат, 1990.–237с. 14 Переутверждение программы на очередной учебный год и регистрация изменений Учебный год

Учебная группа

Решение кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой)

Решение выпус кающей кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой)

Лектор

Изменение, №