سرفصل های درس VLSIپیشرفته

نام بسته : VLSI پیشرفته

————————————————————————-

فهرست

فصل اول:آشنایی با VLSI                                                                    

VLSIچیست؟                                                                                                      

روند رشد فناوری                                             

ملاحظات اقتصادی                                                        

فرآیند طراحی VLSI و ابزارهای طراحی خودکار                                                       

آزمون خودسنجی                                                          

فصل دوم– نظریه ترانزیستور MOS                                                 

طراحی چینش VLSI 

مراحل تولید و ساخت ترانزیستور nMOS   

فناوری CMOS   

فرآیند CMOS چاه n    

نمای مقطعی وارونگر       

نظریه اساسی ترانزیستور MOS     

ساختار MOSFET                                

مشخصه‌های I/V ترانزیستور MOS    

استخراج مشخصه‌های I/V

بررسی عملکرد کیفی ترانزیستورهای MOSFET

تأثیرات مرتبه دوم

خازن‌های MOSFET

آزمون خودسنجی

فصل سوم– مشخصه های وارونگر                                                                                       

مشخصه VCT(Voltage Transfer Characteristic)     

مصونیت در برابر نویز و حاشیه‌های نویز (noise immunity and noise margins) 

توان مصرفی          

مشخصات الکتریکی وارونگر با بار مقاومتی         

وارونگر CMOS      

تعریف‌های زمان تأخیر (Delay time)    

محاسبه زمان‌های تأخیر               

مدار نوسانگر حلقوی CMOS(CMOS ring oscillator)       

قفل شدگی (latch up)        

طراحی ابر بافر           

فصل چهارم– مدارهای ترکیبی                                                                                

مقدمه                     

سوئیچ‌های ترانزیستور MOS    

منطق CMOS و رفتار مکمل بودن آن                   

پیاده‌سازی گیت‌های منطقی پایه                        

پیاده‌سازی توابع منطقی

گیت‌های انتقالی یا (Transmission Gate) TG             

نمونه‌هایی از کاربرد گیت انتقالی                              

منطق ترانزیستور گذر (pass Transistor logic) 

تعیین اندازه ترانزیستورها (transistor sizing)           

تشابه با سیستم آب‌رسانی                       

طراحی در منطق سوییچ                        

قضیه شانون                    

پیاده‌سازی CMOS منطق سوییچ       

ازمون خودسنجی                                       

فصل پنجم:فرآیند طراحی مدارهایCMOS                                                                 

پهنا و طول ترانزیستور                                           

قوانین اتصال لایه‌ها درCMOS(CMOS joinging rules)

ساختارهای ترانزیستوری                                                 

وارونگر CMOS

گیت NOR

قوانین طراحی چینش (Layout design rules)

گزینش شیوه طراحی چینش                                             

پرسش‌های چهارگزینه‌ای                      

فصل ششم:شناخت و برآورد کارآیی مدار                                                              

اتصالات میانی                                                    

برآورد ظرفیت خازن‌ها                             

برآورد مقاومت

برآورد تأخیر اتصالات میانی                                            

بررسی توان مصرفی سوئیچینگ وارونگرهای CMOS

مقیاس‌بندی ترانزیستورها                                              

مقیاس‌بندی اتصالات                                      

بهینه‌سازی مسیرهای مدار

پرسش‌های چهارگزینه‌ای                                          

فصل هفتم:منطق دومینو و منطق پویایCMOS                                                            

منطق CMOS پویا، منطق پیش‌شارژ- ارزیابی             

منطق دومینوی CMOS                                                                                 

منطق دومینو با چند خروجی                       

CMOS پایپ لاین                     

پرسش‌های چهارگزینه‌ای                                                       

منابع و ماخذ                                                                                  

بخش هایی از بسته درسی VLSI پیشرفته

VLSI چیست؟

VLSI مخفف دو جزء زیر است:

Intergration

مجتمع‌سازی: تکنیکی است که با کمک آن مؤلفه‌های انبوه و سیم‌هایی که آن‌ها را به یک‌دیگر متصل می‌کنند در قالب تراشه‌هائی فشرده و با اطمینان‌پذیری زیاد و هزینه کم (در صورت تولید انبوه) ساخته می‌شوند.

Very Large Scale

مقیاس خیلی بزرگ: مشخصه قدیمی و اولیه مدارها، یا تعداد مؤلفه‌هایی که می‌توان روی تراشه‌ای مجتمع کرد. این مشخصه، از مقیاس کوچک شروع شده و افزایش آن هم‌چنان ادامه دارد.

VLSI یا مجتمع‌پذیری در مقیاس خیلی بزرگ، حوزه‌ای است که با اجزای الکترونیکی بسیار بسیار فشرده در مساحتی بسیار کوچک سر و کار دارد. یعنی مدارها روی سطحی در حدود چند میلی‌متر مربع قرار گرفته‌اند! این حوزه امکان فوق‌العاده‌ای را برای انجام کارهایی که تاکنون مقدور نبوده فراهم کرده است. مدارهای VLSI در همه جا یافت می‌شوند: در کامپیوتر، در دوربین دیجیتالی، در تلفن‌های همراه، در تلویزیون و عملاً هر جا شما هستید، آن‌ها نیز هستند.

مدارهای مجتمع برای مدت زمانی طولانی مطرح بوده‌اند اما رشد فوق‌العاده سریع این فناوری و قابلیت‌های آن باعث گسترش کاربرد آن در زندگی شده است. با نگاهی به قانون مور می‌بینیم که توانائی ICها بر حسب قدرت محاسباتی، راندمان، مساحت، بارآوری و …. رشدی نمایی داشته است و در اثر ترکیب این مزایا است که انسان اکنون می‌تواند مدارهای مورد نیاز خویش را در IC بگنجاند. مثال‌هایی از این دست، سیستم‌ها و مدارهای هوشمندی هستند که در وسایل گوناگونی قرار داده می‌شوند و مانند کامپیوترهای کوچک عمل می‌کنند.

سطح مجتمع‌سازی با تعداد گیت‌های منطقی در یک تراشه اندازه‌گیری می‌شود.

جدول 1-1 تکامل پیچیدگی منطقی مدارهای مجتمع

ذکر نکاتی درباره این جدول ضروری است. اولاً مرز این تقسیم‌بندی‌ها دقیق و استاندارد نیست، بلکه تا حد زیادی تقریبی است. ثانیاً در بعضی از مراجع، پیچیدگی بر حسب تعداد ترانزیستورهای قابل مجتمع‌سازی در یک تراشه به عنوان معیار مقیاس‌بندی در نظر گرفته شده است. ثالثاً نام‌های بعد از VLSI دیگر چندان رایج نیستند، زیرا فناوری مدارهای مجتمع به سرعت در حال پیشرفت است و صاحب‌نظران به سرعت با کمبود نام مواجه شدند. علاوه بر این، با پیشرفت چشمگیر این فناوری، مدارهائی که چند سال پیش تحت نام مقیاس متوسط بزرگ یا حتی بسیار بزرگ دسته‌بندی شده بودند در حال حاضر بسیار ساده به نظر می‌آیند. بنابراین، دسته‌بندی‌های جدول 1-1، به ویژه در ردیف‌های پائین‌تر، بیش‌تر جنبه تاریخی دارد تا فنی و به طور کلی فناوری مدارهای مجتمع با عنوان فناوری VLSI شناخته می‌شود. به عبارت دیگر، اگر در این کتاب (یا کتاب‌های دیگر مدارهای مجتمع) درباره طراحی و ساخت مدارهای VLSI بحث می‌شود به معنای آن نیست که بحث، محدود به مقیاس خاص مذکور در جدول 1-1 است، بلکه به طور کلی طراحی و ساخت مدارهای مجتمع مورد بررسی قرار گرفته است.

نکته مهمی که باید به آن اشاره کنیم آن است که پیچیدگی منطقی در تراشه‌ها رشدی نمایی داشته است. مجتمع‌سازی یک پارچه تعداد زیادی از توابع منطقی روی یک تراشه، معمولاً به دلایل زیر صورت می‌پذیرد:

• مساحت بسیار کم و فشردگی
• مصرف توان بسیار کم‌تر
• نیاز به آزمون‌پذیری کم در سطح سیستمی
• اطمینان‌پذیری زیاد با توجه به کیفیت بالای اتصالات در تراشه‌ها
• سرعت زیاد با توجه به خازن‌های بار بسیار کوچک در تراشه‌ها
• هزینه ساخت کم در تولید انبوه

روند رشد فناوری

جریان فعلی مجتمع‌سازی هم‌چنان ادامه دارد. پیشرفت در فناوری ساخت مدارهای مجتمع به ویژه کاهش اندازه نما (می‌نیمم طول ترانزیستور) از این گرایش پشتیبانی می‌کند.

همان‌طور که ملاحظه می‌شود به ازای هر پیشرفت در فناوری ساخت که در دوره‌های 2 ساله (تا سال 2001) و 3 ساله (از 2001 به بعد) به وقوع می‌پیوندد، مینیمم اندازه نما با ضریب 7/0 کاهش می‌یابد (هر دوره را یک نود فناوری می‌نامند). بدین‌ترتیب، پیش‌بینی می‌شود که فناوری ساخت قادر خواهد بود در سال 2016 ابعاد در حدود 22 نانومتر را روی تراشه ایجاد کند.

گوردن مور (Gordon Moore) در سال 1965 در مقاله‌ای روند افزایش چگالی مجتمع‌سازی را بررسی کرد و نشان داد که تعداد ترانزیستورهایی که می‌توان روی سطح ثابتی از تراشه جای داد تقریباً هر 18 تا 24 ماه، دو برابر می‌شود. او پیش‌بینی کرد که این روند ادامه یابد.

برای مشاوره اینجا بزنید