Projeto de Circuitos Integrados Analógico-Digitais

Código:

M.EEC053

Sigla:

PCIAD

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Eletrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2024/2025 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Engenharia Eletrotécnica 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
M.EEC	19	Plano de Estudos Oficial	2	-	6	45,5

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

A constante miniaturização que a tecnologia dos semicondutores proporciona é responsável por virtualmente todo o desenvolvimento tecnológico moderno. A microeletrónica, associada ao desenho de circuitos integrados (“microchips”), torna possível esta realidade, estando na base construtiva dos sistemas atuais.

Esta unidade curricular visa dotar os estudantes com a capacidade de analisar e projetar circuitos integrados em tecnologia CMOS, atendendo a especificações concretas e a condicionantes intrínsecas às limitações das tecnologias. Para tal, os estudantes deverão compreender a física dos dispositivos para que entendam bem os princípios de operação e os modelos funcionais dos transístores, a fim de bem os utilizarem no projeto e simulação de circuitos.

O entendimento das causas de variação paramétrica associadas a desvios do processo de fabrico e a sensibilidade a grandezas externas, permite compreender a necessidade da otimização do desempenho funcional e da adoção de boas praticas de projeto e desenho estrutural para a sua implantação em substratos monolíticos.

Estes conhecimentos são aplicados no projeto dos blocos construtivos de circuitos integrados de enfoque analógico, assistido circuitos digitais auxiliares para otimização da função a implementar.

Resultados de aprendizagem e competências

No final desta unidade curricular o estudante deve ser capaz de:

• Compreender os princípios físicos subjacentes, as limitações, as capacidades, e o fabrico de circuitos em tecnologias CMOS submicrométricas;
• Compreender os modelos de simulação de dispositivos ativos e passivos implantados em tecnologia CMOS;
• Analisar e projetar circuitos CMOS seguindo princípios que promovem soluções de bom “funcionamento à primeira”, atendendo a limitações comportamentais e às condições operacionais de amplitude e frequência dos sinais;
• Simulação e desenho estrutural de circuitos integrados usando ferramentas de CAD avançadas;
• Escrever relatórios técnicos, apresentar e defender publicamente o trabalho desenvolvido.

Modo de trabalho

Presencial

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

Conhecimentos em eletrónica básica (equivalentes a Eletrónica 1 e Eletrónica 2 da licenciatura).

Programa

Ao longo da execução do programa, e quando apropriado, serão introduzidas metodologias de controlo digital para assistir a função analógica, seja para calibração de variações de processo ou para melhoramento das características do circuito em operação

1. Revisão da física dos semicondutores e do transístor MOS.
2. Modelos avançados de transístores MOS;
3. Tecnologia, processos de fabrico e efeito da variabilidade das características do processo;
4. Implantação de dispositivos ativos e passivos em substratos de silício monolíticos e respetivos modelos.
5. Desenho estrutural otimizado de circuitos CMOS de sinal misto;
6. Simulação de circuitos, análises de “corners” e Monte Carlo – avaliação das sensibilidades PVT (processo, tensão de alimentação, e temperatura);
7. Amplificadores CMOS;
8. Circuitos de gestão de energia;
9. Filtros Gm-C;
10. Circuitos de capacidades comutadas;
11. Conversores A/D e D/A.

Bibliografia Obrigatória

B. Razavi. ; Design of Analog CMOS Integrated Circuits., McGraw-Hill , 2016. ISBN: 9780072524932

Bibliografia Complementar

R. Jacob Baker; CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation (4th Edition), IEEE Press & Wiley, 2019. ISBN: 9781119481515
T. Carusone, D. Johns, K. Martin; Analog integrated circuit design (2nd Edition). ISBN: 9780470770108

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Na metodologia a seguir procura-se obter um equilíbrio entre exposição teórica, análise conceptual de blocos funcionais e de dimensionamento, e projecto usando ferramentas CAD:

• Aulas teóricas: apresentação dos conteúdos, análise de exemplos ilustrativos e resolução de problemas. A participação dos estudantes é incentivada com a preparação e apresentação nas aulas de pequenos trabalhos de síntese, monografias, e resultados de projecto. Trabalho de casa: (1) resolução de problemas para aprofundamento dos conteúdos lecionados, (2) preparação de trabalhos para realização em laboratório;
• Aulas de laboratório: utilização de ferramentas CAD de microelectrónica de modo a serem aplicados os conceitos aprendidos no projeto de circuitos mistos. Os estudantes deverão escrever um relatório técnico sobre o seu projeto e defendê-lo em contexto de sala de aula.

Software

Cadence
Matlab

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	40,00
Trabalho prático ou de projeto	40,00
Trabalho escrito	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	64,50
Frequência das aulas	45,50
Trabalho laboratorial	52,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

A componente laboratorial é de extrema importância no processo de aprendizagem, é aqui que o ou a estudante têm oportunidade de aplicar e praticar os diferentes conceitos aprendidos:

1. A frequência da componente laboratorial é obrigatória e sujeita à legislação no tocante ao número máximo de faltas admissível.
2. A justificação de uma falta não a elimina da contagem para efeito de aproveitamento, devendo os alunos repetir os trabalhos respetivos numa outra aula ou em tempo extra curricular, desde que autorizado pelo docente e em moldes que permita comprovar a sua execução.
3. O acesso a qualquer exame exige um mínimo de 10 valores (em 20) na componente laboratorial.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação compreende três componentes:

• Exame final — Duração prevista de duas horas, compreendendo um componente sem consulta e uma outra com consulta;
• Trabalhos de casa — exercícios, eventuais monografias e respetiva apresentação;
• Trabalho laboratorial  —  desenvolvimento de trabalhos e projeto final, respetiva documentação produzida e apresentação.

CF	–	Classificação Final;
E	–	Exame;
TPC	–	Trabalho Para Casa;
PL	–	Prática Laboratorial;

CF = 0,4×E + 0,2×TPC + 0,4×PL

Avaliação especial (TE, DA, ...)

A componente de prática laboratorial é obrigatória para todos os ou as estudantes, não havendo exceções, mas com a ressalva relativa às faltas conforme indicado na alínea Obtenção de frequência da ficha desta UC.

Melhoria de classificação

A componente distribuída (TPC e PL) mantém o seu peso, quer para o exame de época normal quer para o de recurso, bem como em caso de melhoria. O mesmo se aplica a qualquer época especial de exames. Significa que a classificação final é sempre determinada por:

CF	–	Classificação Final;
E	–	Exame;
TPC	–	Trabalho Para Casa;
PL	–	Prática Laboratorial;

CF = 0,4×E + 0,2×TPC + 0,4×PL