Γενικά
- Κωδικός Μαθήματος: 807ΕΔΥΕ
- Εξάμηνο: 8ο
- Διδάσκων Ακαδ. Έτος 2021-2022: Βασίλειος Καλεντερίδης, Συνεργάτης Καθηγητής
- Τύπος Μαθήματος: Επιστημονικής Περιοχής, Ανάπτυξης Δεξιοτήτων
- Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό – Επιλογής (ΥΕ)
- Διδασκαλία Θεωρίας: 2 ώρες/εβδομάδα (60% της βαθμολογίας)
- Διδασκαλία Φροντιστήριο: – ώρες/εβδομάδα
- Διδασκαλία Εργαστηρίου: 1 ώρα/εβδομάδα (ξεχωριστό μάθημα – 40% της βαθμολογίας)
- Πιστωτικές μονάδες ECTS: 5
- Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
- Το μάθημα ΔΕΝ προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus
Μαθησιακά Αποτελέσματα
Σκοπός του μαθήματος είναι η διδασκαλία προχωρημένων γνώσεων που απαιτούνται για τη μελέτη, ανάλυση και σχεδίαση συστημάτων VLSI με χρήση EDA/CAD εργαλείων. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:
- Θα γνωρίζουν τα βασικά κυκλώματα CMOS VLSI (αντιστροφέας, διακόπτης, πύλες NAND,NOR και σύνθετες, πολυπλέκτες, καταχωρητές).
- Τις τεχνολογίες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και τις διαδικασίες κατασκευής κυκλωμάτων CMOS.
- Να προχωρά σε εκτίμηση παραμέτρων και επιδόσεων (αντίσταση, χωρητικότητα, καθυστέρηση, ισχύς).
- Στην λογική σχεδίαση κυκλωμάτων CMOS, μέθοδοι σχεδίασης και δοκιμή κυκλωμάτων CMOS και εισαγωγή στην αναπαράσταση κυκλωμάτων και συστημάτων.
- Τέλος, μέσα από τις εργαστηριακές ασκήσεις γίνεται εξοικείωση με τα βασικά εργαλεία σχεδιασμού σε χαμηλό επίπεδο με αποτέλεσμα την απόκτηση σχεδιαστικής εμπειρίας στα παραπάνω θέματα μέσω των CAD εργαλείων.
Γενικές Ικανότητες
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών,
- Σχεδιασμός και διαχείριση έργων,
- Προαγωγή της ελεύθερης δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.
Περιεχόμενο Μαθήματος
- Εισαγωγή: MOS τρανζίστορ, CMOS λογική, βασικές πύλες και στοιχεία μνήμης, κατασκευή CMOS κυκλωμάτων, σχεδίαση σε επίπεδο layout.
- Θεωρία των MOS τρανζίστορ: ιδανικές I-V χαρακτηριστικές, C-V χαρακτηριστικές, μη ιδανικά I-V φαινόμενα, DC χαρακτηριστικές μεταφοράς.
- Εκτίμηση της καθυστέρησης ενός κυκλώματος: το μοντέλο καθυστέρησης RC, το γραμμικό μοντέλο καθυστέρησης – η τεχνική του Logical Effort, προσδιορισμός του μεγέθους των
- τρανζίστορ (transistor sizing).
- Λογικές Δομές CMOS: Στατικές και δυναμικές λογικές.
- Κατανάλωση ισχύος: δυναμική κατανάλωση, στατική κατανάλωση, βελτιστοποίηση ενέργειας-καθυστέρησης, σχεδίαση κυκλωμάτων με χαμηλή κατανάλωση ισχύος.
- Γραμμές διασύνδεσης: γεωμετρία, επίπεδα μετάλλου, μοντελοποίηση, καθυστέρηση, κατανάλωση ισχύος, θόρυβος, αξιόπιστη σχεδίαση των γραμμών διασύνδεσης.
- Αποκλίσεις λόγω κατασκευής και περιβάλλοντος.
- Θέματα σχεδίασης συνδυαστικών κυκλωμάτων: οικογένειες κυκλωμάτων, πιθανά προβλήματα που προκύπτουν κατά τη σχεδίαση.
- Θέματα σχεδίασης ακολουθιακών κυκλωμάτων: σχεδίαση μανδαλωτών (latches) και flipflop, περιορισμοί μέγιστης καθυστέρησης, περιορισμοί ελάχιστης καθυστέρησης, δανεισμός χρόνου (time borrowing), clock skew, Μνήμες ημιαγωγών.
- Διατάξεις Εισόδου/Εξόδου Κυκλωμάτων CMOS.
Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι – Αξιολόγηση
Τρόπος Παράδοσης
- Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
- Παράδοση Σετ Εργασιών με χρήση του courses.cs.ihu.gr
- Διαλέξεις εξ αποστάσεως λόγω covid-19 με χρήση του Google Meet.
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
- Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών (Power point presentations).
- Ιστοσελίδα του μαθήματος με υποστηρικτικό και βοηθητικό υλικό.
- Λογισμικό προγραμματισμού και υλοποίησης ψηφιακών κυκλωμάτων.
- Χρήση υπηρεσίας courses.cs.ihu.gr
- Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.
- Υλικό μαθήματος Moodle https://moodle.cs.ihu.gr/
- Χρήση λογισμικού σχεδίασης CMOS VLSI EDA/CAD.
- O σύνδεσμος διδασκαλίας εξ αποστάσεως είναι διαθέσιμος στο moodle του μαθήματος.
Οργάνωση Διδασκαλίας
| Δραστηριότητα | Φόρτος εργασίας εξαμήνου |
| Διαλέξεις | 52 ώρες |
| Εργαστηριακές Ασκήσεις | 26 ώρες |
| Γραπτές Εξετάσεις | 2 ώρες |
| Γραπτές Εργασίες | 20 ώρες |
| Αυτοτελής Μελέτη | 25 ώρες |
| Σύνολο | 125 ώρες (5 ECTS) |
Αξιολόγηση φοιτητών
Ι. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (60%) που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση.
ΙΙ. Παράδοση Δύο (2) Σετ Ασκήσεων (40%) στα πλαίσια των εργαστηριακών ασκήσεων (είναι ξεχωριστό μάθημα) κατά τη διάρκεια του εξαμήνου και επιτρέπεται η εργασία σε ομάδες των δύο (2) ατόμων. Η παρακολούθηση είναι υποχρεωτική στο εργαστήριο και ο φοιτητής που το έχει παρακολουθήσει επιτυχώς (χωρίς να κοπεί από απουσίες) έχει δικαίωμα να βαθμολογηθεί στις ασκήσεις.
Η εξέταση του μαθήματος γίνεται με ανοικτό το κύριο σύγγραμμα του μαθήματος.
Ο τελικός βαθμός του μαθήματος ΒΜ = ΓΕ*0,6 + ΣΑ*0,4 πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).
Η τελική εξέταση φοιτητών με δυσλεξία ή σημαντικό πρόβλημα υγείας γίνεται μετά από συνεννόηση.
Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.
Συνιστώμενη Βιβλιογραφία
Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων CMOS VLSI, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 9779, 4η Έκδοση, Neil H. E. Weste & David Money Harris 2016. Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 9779 (Κύριο Σύγγραμμα)