Projeto de Circuitos VLSI

Código:

EEC0056

Sigla:

PCVL

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2020/2021 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://paginas.fe.up.pt/~jcf/ensino/disciplinas/mieec/pcvlsi/2020-21/index.html
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEEC	34	Plano de estudos oficial	4	-	6	56	162

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

ENQUADRAMENTO

A integração em larga escala de sistemas digitais (VLSI) constitui um dos fundamentos tecnológicos dos sistemas eletrónicos e computacionais de que o crescimento económico das sociedades atuais depende. Os circuitos VLSI têm um papel vital em muitas áresa da engenharia eletrotécnica e de computadores, tais como as telecomunicações e as tecnologias da informação, com impacto social importante em domínios muito variados como os cuidados de saúde, a utilização eficiente da energia, a segurança individual e coletiva.

OBJETIVOS

Esta unidade curricular permite aos estudante adquirirem conhecimentos básicos sobre os aspetos elétricos e tecnológicos dos circuitos integrados, bem como o domínio das técnicas de projecto correspondentes, por forma a que sejam capazes de conceber e realizar circuitos integrados digitais em tecnologia CMOS. Os estudantes adquirem experiência prática com o fluxo de projeto e as ferramentas de CAD usadas no desenvolvimento de sistemas integrados complexos. 

DISTRIBUIÇÃO PERCENTUAL

• Componente científica: 60%
• Componente tecnológica: 40%

 

Resultados de aprendizagem e competências

Após completar esta unidade curricular, os estudantes serão capazes de:

1. descrever e explicar o fluxo de projeto para circuitos integrados digitais (da descrição em HDL até à validação "Post-layout") [conhecimento & compreensão];
2. identificar e caraterizar as principais alternativas tecnológicas de implementação de ASIC/SOC [conhecimento & compreensão]
3. aplicar modelo de 1ª ordem do transístor MOS na análise e projeto de circuitos digitais [análise de engenharia & projeto];
4. explicar e aplicar modelos das interligações [conhecimento & compreensão, análise de engenharia & projeto];
5. utilizar o simulador SPICE para analisar e projetar portas lógicas [análise de engenharia & projeto];
6. explicar e avaliar o comportamento elétrico e temporal das principais famílias lógicas CMOS [análise de engenharia];
7. projetar células lógicas incluindo simulação, "layout" e simulação "post-layout" [projeto de engenharia];
8. utilizar um fluxo de projeto comercial para sintetizar um circuito digital a partir de uma descrição em Verilog [projeto de engenharia];
9. explicar e aplicar o método do "esforço lógico" para dimensionamento de portas lógicas [conhecimento & compreensão, análise de engenharia, projeto de engenharia]

Competências: Projeto e validação de sistemas integrados, processo e ferramentas de desenvolvimento de sistemas digitais integrados, trabalho em grupo (todas as atividades de projeto são realizadas em grupo); gestão de tempo (o projeto de maior dimensão requerem a gestão cuidadosa do processo de desenvolvimento ao longo do tempo).

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

EEC0014: operação dos transístores MOS.

EEC0006: portas lógicas; sistemas digitais combinatórios e sequenciais.

Programa

 Os assuntos lecionados são os seguintes:

1. Introdução aos circuitos digitais de elevado nível de integração: modelos, tarefas e ferramentas. Fluxos de projeto "standard cell" (baseado em células lógicas) e "full-custom".
2. Aspetos básicos de tecnologia CMOS (processo de fabrico e regras de projeto) e do comportamento lógico e elétrico dos circuitos. Modelação de transístores MOS de pequenas dimensões. Modelação de interligações.
3. Circuitos lógicos combinatórios e sequenciais: técnicas de implementação de circuitos estáticos e dinâmicos. Dimensionamento de portas lógicas.
4. Ferramentas de apoio ao projeto "full-custom": simulação analógica (HSPICE), edição de "layout" (Virtuoso Layout Editor).
5. Implementação de CIs de aplicação específica baseados em "standard cells": "floorplanning", colocação e encaminhamento, síntese de rede de distribuição de sinal de relógio, extração e verificação.
6. Ferramentas de apoio ao projeto de CIs de aplicação específica baseados em "standard cells".

 

Bibliografia Obrigatória

Jan M. Rabaey, Anantha Chandrakasan, Borivoje Nikolic; Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, Prentice-Hall, 2003. ISBN: 0-13-090996-3 (2ª edição; existe também em castelhano)

Bibliografia Complementar

Neil Weste, David Harris; CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective, 4ed, Addison-Wesley, 2010. ISBN: 0321547748
Erik Brunvand; Digital VLSI Chip Design with Cadence and Synopsys CAD Tools, Addison-Wesley, 2009. ISBN: 0321547993
Michael J. S. Smith; Application-Specific Integrated Circuits, Addison-Wesley, 1997. ISBN: 0-201-50022-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nas aulas teóricas é apresentada a matéria fundamental e são discutidos aspectos relevantes relacionados com os trabalhos propostos.

As aulas práticas são utilizadas para a execução de trabalhos práticos de concepção e projecto de circuitos CMOS digitais, bem como para a realização de exercícios práticos de avaliação. Os estudantes realizam também um trabalho de projeto (em grupos de dois).

As aulas práticas também são usadas para fazer o acompanhamento de um projeto de desenho e validação de um circuito.

Software

Cadence Encounter
Cadence RTL Compiler
Cadence IC Station (Layout design, physical synthesis)
HSpice

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Micro-tecnologia > Módulos de sub-sistemas
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrónica
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Micro-tecnologia > Micro-sistemas

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	40,00
Trabalho prático ou de projeto	60,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de projeto	40,00
Estudo autónomo	74,00
Frequência das aulas	48,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Sem restrições.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação tem as seguintes componentes:

• um trabalho prático (T)
• exame final (E)

Qualquer componente não realizada vale zero.

A classificação final é dada por:  NFinal = 0,6×T + 0,4×E

Para a obtenção de aprovação é necessário satisfazer todas as condições seguintes:

• T >= 8,0
• E >= 6,0
• NFinal >= 10

Exame final de 1:30H com consulta de apontamentos.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Exame especial que abarca a totalidade da matéria das aulas teóricas e práticas.

Melhoria de classificação

Melhoria da nota de exame: prova de caraterísticas similares à do exame. A nota de projeto não pode ser melhorada.