CIRCUITOS DIGITALES

Profesor: Hernán Benítezhbenitez@puj.edu.co

http://www2.eng.cam.ac.uk/~dmh/4b7/resource/index.htm#Latest%20Developments

http://www.bell­labs.com/news/1999/november/15/1.html

   

OBJETIVOS

•Analizar el proceso de fabricación de circuitos VLSI

•Brindar los conocimientos necesarios para reconocer la importancia y estar en  capacidad de aplicar herramientas de diseño, verificación y  prueba a sistemas digitales complejos 

•Establecer los criterios que permitan modelar un sistema digital en diferentes niveles de abstracción 

•Aplicar esas ideas al modelamiento basado en VHDL 

•Entender la importancia de vincular los aspectos de Verificación y   Diseño para Verificabilidad en el desarrollo de sistemas digitales 

   

CONOCIMIENTOS PREVIOS

•Electrónica Digital

•Arquitectura de computadores

•Transistores MOSFET

•Programación en lenguaje C

•VHDL

   

METODOLOGÍA

•32 sesiones (2 por semana)

•Clases magistrales

•Sesiones exámenes parciales

•Asesorías al proyecto final

•Monitorías 

   

LIBROS GUÍAS

• Abramovici, Breuer y Friedman , Digital Systems Testing and Testable Design, AT&T Bell Laboratories and W.H. Freeman and Company, 1990 

• Pardo y Boluda, VHDL. Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos, Alfaomega, 2000 

• Uyemura, John, Physical Design of CMOS Integrated Circuits Using L­Edit, PWS Publishing Co, 1995 

   

EVALUACIÓN

Evaluación parcial I        25 %

Evaluación parcial II       25 %

Laboratorios                  20 %

Proyecto                       30%

   

EXÁMENES PARCIALES

• Son teóricos y de forma de selección múltiple

• Buscan establecer el dominio conceptual y de abstracción que se posee sobre los temas dados.

   

LABORATORIOS

• Complementan la teoría expuesta en las clases magistrales

• Permiten desarrollar habilidades prácticas en  el uso de herramientas propias de la disciplina

   

PROYECTO FINAL

Se debe entregar un cronograma de actividades en lasemana 3.

   

TEMAS DE HOY:

•LEY DE MOORE

•EVOLUCIÓN DEL MICROPROCESADOR

•DEFINICION DE CI 

•PROCESO DE FABRICACIÓN

•CONCEPTO DE CAPA Y MÁSCARA

•DOPADO DE ZONA

•GENERACIÓN DE CAPAS

   

LEY DE MOORE

Tomado de: Moore’s Law Meet its match,R. Tummala,IEEE Spectrum, June 2006

   

EL PRIMER TRANSISTOR

New York Times

“A device called a transistor which has several applications in radio were a vaccum tube is ordinarily deployed, was demostrated for the firt time yesterday at Bell Telephone Laboratories, 463 West street, where it was invented”

23 December 1947

Fotos tomadas de: www.news.bbc.co.uk

   

EL PRIMER CIRCUITOINTEGRADO

www.news.bbc.co.uk

En 1958, Jack Kilby, un ingenieroeléctrico de Texas Instruments, se ingenió como reunir en un solo circuito varios elementos como transistores, resistores y capacitores junto con los cables conectores en una sola pieza de Germanio.

Su primer prototipo fue una pieza delgada de Germanio de una pulgada de largo con cinco componentes conectados por pequeños alambres.

Jack Kilby

   

EL MICROPROCESADOR

4004: Primer microprocesador de IntelEl 4004 era de 4 bits y a 108 KHz y contenía 2300 transistores.

La velocidad de este dispositivo de 1971 se estima en 0.06 MIPS (Millions of instructionsper second)

   

INTEL 8086/8088 IBM PC

1971: Microprocesador 8086/8088 

‘Cerebro’ del IBM PC.

Este fue seguido en 1982 por el 80286, en el cual se basó el computador IBM PC/AT (Advanced Technology) 

   

INTEL 80386 y 80486 

El Intel 386 (1985) contenía 275.000 transistores. Este fue el primer Intel de 32 bits y en capacidad de hacer multitarea.

El 486 fue significativamente más poderoso y fue el primero en ofrecer un coprocesador matemático.

   

INTEL PENTIUM 

El Intel Petium fue introducido en 1993 con la intención de permitir a los computadores interactuar con datos como habla, imágenes y sonido en tiempo real.

El último Pentium II (1997) contiene 7.5 millones de transistores. 

   

ESCALAMIENTO INTEL PENTIUM II 

• El diseño original usaba MOSFET con L=0.8  mμ• Velocidad limitada a fclk = 66 MHz

33 V5 VVoltaje

100 MHz66 MHzVelocidad máxima

163 mm2284 mm2Área del chip

0.6 μ m      0.8 μ mDimensión L

   

DEFINICIÓN DE CISu definición puede enfocarse como:

• Sistema digital

• Sistema electrónico

• Sistema físico

   

Como sistema digital

Conjunto de elementos como:

• Compuertas• Celdas• Macroceldas 

unidos internamente y con el entorno medianteterminaciones o PADs y que realizan operacionesbooleanas.

   

Como sistema electrónico

Conjunto de elementos como:

• Transistores• Resistencias• Condensadores 

que forman redes electrónicas con algunos retardoscon circuitos RC parásitos.

   

Como sistema físico

Conjunto de capas de:

• Silicio• Polisilicio• Metal

separadas por capas aislantes y ocasionalmente atravesadas por conductores.

   

• Semilla de Silicio puro

• Crecimiento de un cilindro (10 cm de espesor por 1 m de alto)

• Se cortan las obleas 250 m de espesorμ

• Sobre cada oblea se fabrican miles de CI

PROCESO DE FABRICACIÓN

   

• Proceso de fabricación

http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/fab/NMOS/nmos.html

• Flujo de diseñohttp://larc.ee.nthu.edu.tw/~tyc/vlsiclass/chap1/node1.htm

APPLETS EN INTERNET

   

MOSISEs un servicio de producción de CI a bajo costo volúmenes pequeños. Útil para investigación y para instituciones educativas 

www.mosis.org                         

 Ej: Implante retinal desarrollado       en el MIT. Theogarajan et al, Minimally invasive retinal Process, Proceedings international Solid State Circuits conference 2006.

   

FIN DE LA CLASE