Übersicht - Hochintegrierte Systeme

Lehrender: Prof. Dr. D. Timmermann
Semester: Sommer-Semester
SWS: 3 Vorlesungen, 2 Seminar, 1 Praktikum
LP: 6
Prüfung: Klausur 90 min.
Voraussetzungen: Digitale Systeme
Systemnummer: 1300970
LSF-Nummer: 24038

Ziel

Die Lehrveranstaltung soll einen Einblick in das rapide an Bedeutung zunehmende Gebiet des Entwurfs mikroelektronischer VLSI-Systeme geben (VLSI = Very Large Scale Integration). Kernpunkt der Vorlesungsreihe ist die Erarbeitung von Techniken zur Beherrschung des gesamten Entwurfablaufs für digitale CMOS-VLSI Bausteine. Dabei steht nicht die verwendete Technologie im Mittelpunkt, sondern die Herangehensweise bei der Realisierung von Schaltungen.

Inhalt

Einführung in VHDL

CMOS-Technik

  • Kennlinien
  • Schaltereigenschaften
  • Physikalisches Layout
  • Gatter

Systementwurf

  • Anwenderprogrammierbare Logik (FPGA)
  • ASIC
  • Auswahl der Technik
  • Partitionieren
  • VLSI Designmethodik
  • Kostenabschätzung einer VLSI-Schaltung

Testen

  • Testen von VLSI-Schsltungen
  • Geschwindigkeit von VLSI-Komponenten
  • Geschwindigkeit von CMOS-Gattern
  • Verzögerungszeiten
  • Fan-In/Fan-Out (Treiben von Lasten)
  • Parasitäre Kapazitäten
  • Leistungsverbrauch
  • Low-Power-Design
  • Störabstand

CMOS-Schaltungstechniken

  • TRANSMISSION-GATE- UND PASS-TRANSISTOR-LOGIK
  • PSEUDO-NMOS LOGIK
  • PRINZIP DER DYNAMISCHEN CMOS LOGIK M. EINPHASENTAKT
  • DOMINO-LOGIK

Taktsysteme für CMOS-Schaltungen

  • Arten von Taktsystemen 
  • Wesentliche Zeitparameter
  • Aufbau von Latches und Flipflops
  • Taktung von dynamischen Latches und Flipflops
  • Zweiphasentakt: Prinzip und Timing
  • Taktverteilung

Selbstgetaktete und asynchrone Systeme

  • Selbstgetakteter Pipeline-Datenpfad
  • Completion ("fertig") - Signal
  • Beispiel: Selbstgetakteter Addierer
  • Quittungssignal-Protokoll
  • Asynchrones-Synchrones Interface

CMOS Low-Power Techniken

  • Leistungsverbrauch von Prozessoren
  • Tragbarkeit und Batteriekapazität
  • Zusammensetzung des Leistungsverbrauches
  • Dynamischer Leistungsverbrauch durch Umladevorgänge und Querströme
  • Statischer Leistungsverbrauch
  • Bestimmung des dynamischen Leistungsverbrauches mit SPICE
  • Ebenen der LOW-POWER Optimierung: Beispiel Arithmetik
  • LOW-POWER Strategien für die verschiedenen Entwurfsebenen 
  • Zusamenfassung

CMOS-Subsysteme

  • Prozessor als Beispiel für komplexe Systeme 
  • Anwendungsspezifische Systeme 
  • Digitale Grundbausteine
  • Bit-Slice
  • Layout von Datenpfaden
  • Addierer, Schaltungstechnik, Algorithmus, Layout 
  • Multiplizierer
  • Shifter
  • I/O-Schaltungen
  • Speicher, Klassifikation, Peripherie, Ausbeute, Zuverlässigkeit

Literatur

  • Rabaey, Chandrakasan, Nikolic:
    Digital Integrated Circuits, 2nd edition, International edition, Prentice Hall, 2003, ISBN: 0-1312-0764-4 (Lehrbuchsammlung)
  • Neil Weste, Kamran Eshraghian:
    "Principles of CMOS VLSI design; A systems perspective", 2. Auflage, Addison-Wesley, ISBN 0-201-53376-6
  • Gunther Lehmann, Bernhard Wunder, Manfred Selz:
    "Schaltungsdesign mit VHDL", Franzis'-Verlag, Poing, 1994, ISBN 3-7723-6163-3
  • Paul Molitor, Jörg Ritter:
    VHDL, Pearson Studium, 2004, ISBN: 3-8273-7047-7

LSF-Server

LSF-Server

Materialien zur Vorlesung und Übung

Vorlesung:  Prof. Dr. D. Timmermann

Übung:  M.Sc. Christoph Niemann, M.Sc. Henning Puttnies

  • Termine, Aufgaben und Hausaufgaben sind ab sofort im stud.ip zu finden.
  • Dates, tasks and homeworks can be found here: stud.ip
  • Mit Fragen wenden Sie sich bitte direkt an den/die verantwortlichen Mitarbeiter.

Praktikum: Laborpraktikum VLSI-Technik