Microeletrónica Analógica

Código:

EEC0153

Sigla:

MICA

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Telecomunicações

Ocorrência: 2018/2019 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	http://moodle.up.pt
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	8	Plano de estudos oficial	5	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Dotar os estudantes com competências de projecto de circuitos analógicos e mistos (AMS) em tecnologias submicrométricas, visando predominantemente a tecnologia MOS. Depois do estudo dos princípios fundamentais da física e do processo de fabrico de semicondutores, são estudados os modelos de simulação de componentes activos e passivos atendendo à sua realização física em substratos de silício e às condições operacionais de amplitude e frequência dos sinais. De seguida é desenvolvido o projecto, simulação e desenho físico (layout) de diferentes módulos funcionais analógicos e mistos.

Resultados de aprendizagem e competências

Aprofundamento dos conhecimentos da física e dos princípios funcionais dos dispositvos semicondutores; conhecimento das tecnologias de fabrico e topografia de componentes activos e passivos de circuitos MOS; abordagem sistematizada ao projeto de circuitos com transístores MOS em diferentes modos de funcionamento; entendimento das restrições e limitações impostas por não idealidades resultantes das próprias caraterísticas funcionais e das decorrentes dos processos de implementação e de fabrico; análise de pequenos sistemas onde são utilizados circuitos e blocos analógicos e mistos (analógicos e digitais).

Modo de trabalho

Presencial

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

Conhecimentos de: teoria de circuitos; análise de circuitos com transístores MOS em modo linear e em comutação; princípios da realimentação, da resposta e compensação em frequência.

Programa

1- Introdução à microelectrónica - processo de fabrico e tecnologia MOS. Fluxo de projecto de um circuito integrado; níveis de abstracção no desenho e simulação de um circuito integrado.
2- Física de semicondutores. Modelação e simulação de circuitos MOS: Revisão de conceitos e operação do transístor MOSFET; modelo do MOSFET - Inversão fraca, moderada e forte; modelos SPICE avançados.
3- Tecnologia e desenho físico de componentes activos e passivos MOS: desenho optimizado de circuitos MOS atendendo a questões de temperatura, elementos parasitas, variabilidade de parâmetros, correntes de fuga, potência, emparelhamento; regras de desenho estrutural. Desenho de transístores MOS – estruturas simples, interdigitada, common centroid. Desenho de componentes passivos: capacidades, resistências, e indutâncias. Interligações em circuitos analógicos VLSI: física das interligações, modelos RC e linha de transmissão. Fenómenos de electromigração e interferências.
4 - Projecto e desenho estrutural de células básicas: fontes de corrente e tensão, espelhos de corrente, interruptores, resistências CMOS, transístor super MOS.
5 - Projecto, caracterização funcional e desenho estrutural de módulos analógicos e mistos com requisitos de optimização em linearidade, excursão simétrica, resposta em frequência, consumo de potência, ruído: multiplicadores, amplificadores operacionais e de transcondutância (arquitecturas totalmente diferenciais, cascódicas rebatidas, realimentação de modo comum), comparadores, current conveyor
6 - Implementação de operadores lineares, não lineares e translineares em tecnologia microelectrónica
7 – Simulação e análise de sensibilidade a desvios funcionais – variabilidade de parâmetros do processo de fabrico, análise de sensibilidades e optimização do projecto (design centering), simulação Monte Carlo e corners
8 - Estudo de casos particulares de microsistemas envolvendo circuitos em tempo e amplitude contínuos e discretos: Interfaces de comunicação em sistemas áudio, comunicações sem fios e por fios e sistemas ópticos.

Bibliografia Obrigatória

R. Jacob Baker, Harry W. Li, David E. Boyce; CMOS circuit design, layout, and simulation. ISBN: 0-7803-3416-7
Allen Phillip E.; CMOS analog circuit design. ISBN: 0-19-511644-5

Bibliografia Complementar

Schneider Márcio Cheren; CMOS analog design using all-region MOSFET modeling. ISBN: 978-0-521-11036-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A abordagem a seguir é feita na perspectiva de complementar o estudo teórico com a abordagem laboratorial de modo a completar o ciclo especificação, projecto e análise funcional, desenho físico e optimização dos circuitos.

No conjunto das aulas teóricas e de laboratório procura-se, para cada tema, obter um equilíbrio adequado entre exposição teórica, análise circunstancial de particularidades funcionais e de dimensionamento, e projecto usando ferramentas CAD. Nas aulas teóricas é apresentada a matéria com referência aos elementos de estudo recomendados, são analisados exemplos e resolvidos problemas. A participação dos estudantes é incentivada com a preparação e apresentação nas aulas de pequenos trabalhos de síntese, monografias, ou resultados de projecto. Nas aulas de laboratório terão oportunidade de se familiarizar com a utilização de ferramentas CAD para projecto em microelectrónica.
exposição, debate, estudo de casos, tutoria e aprendizagem baseada em projeto.

Pode considerar-se que a abordagem adoptada inclui, em diferentes níveis: exposição, debate, estudo de casos, tutoria e aprendizagem baseada em projeto.

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia electrónica
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Micro-tecnologia

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	30,00
Participação presencial	14,00
Prova oral	21,00
Trabalho laboratorial	35,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Elaboração de projeto	42,00
Elaboração de relatório/dissertação/tese	8,00
Estudo autónomo	35,00
Frequência das aulas	48,00
Trabalho laboratorial	32,00
Total:	165,00

Obtenção de frequência

A obtenção de frequência requer, de acordo com as normas gerais de avaliação, a presença e a participação dos alunos em mais de 3/4 das aulas práticas leccionadas.

A aprovação requer a obtenção de mais do que 9,0/20 valores no exame ou recurso e pelo menos 9,5/20 valores na média ponderada das duas componentes de avaliação.

Fórmula de cálculo da classificação final

 A classificação final é composta por duas componentes. A avaliação contínua (AC), com um peso de 70%, e o exame ou recurso (E), com os restantes 30%, isto é: NotaFinal=0,7*AC+0,3*E.  A avaliação contínua é baseada no contacto individual com os estudantes e na avaliação dos trabalhos práticos realizados, relatórios, e apresentações orais.

Provas e trabalhos especiais

Os alunos dispensados de frequência de acordo com as normas gerais de avaliação em vigor, deverão realizar um trabalho de projecto com entrega de relatório.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Serão realizados exames escritos cuja classificação será conjugada com a classificação de frequência já obtida, mantendo-se o critério de 70% para a avaliação contínua e 30% para o exame.

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação final pode ser obtida por realização de exame (a ser feito na época normal de exames do ano lectivo seguinte), que pode ser teórico ou laboratorial, ou pela realização de um pequeno projecto com apresentação de relatório para melhoria da avaliação contínua.