Download IEE313 Microelectrónica: Un Curso de Diseño de Circuitos Integrados

IEE313 Microelectrónica: Un Curso de Diseño de Circuitos Integrados
Arturo Miguel de Priego <[email protected]>
Pontificia Universidad Católica del Perú.
Av. Universitaria Cdra. 18, San Miguel
Lima, Perú
Presentación
IEE313 Microelectrónica es un curso electivo de 10mo ciclo, de la especialidad de electrónica, en la
Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Actualmente se dicta
una vez al año para 30 estudiantes, con dos horas semanales de clases (durante 14 semanas) y dos horas
semanales de laboratorios (durante 10 semanas).
El objetivo del curso, tal como está planteado actualmente, es brindar a los estudiantes una introducción
al diseño digital con circuitos integrados CMOS y al diseño digital con VHDL y Lógica Programable, por ello, el
curso se divide en dos partes: 1) Diseño de Circuitos Integrados de Aplicación Específica, y 2) Diseño de Alto
Nivel con VHDL y Lógica Programable.
La primera parte cubre los temas del diseño digital con tecnología CMOS: funcionamiento,
modelamiento, diseño físico, simulación, fabricación y verificación de circuitos CMOS. Cada clase está
acompañada con ejemplos de simulación en Spice y layouts en TEDMOS, y se entrega a los estudiantes un
conjunto de ejercicios de comprobación y un conjunto de problemas de diseño, que deben ser validados por
simulación (actualmente no es posible fabricar los diseños).
La segunda parte cubre el diseño con VHDL y dispositivos de lógica programable: descripción, síntesis,
simulación, programación y verificación de CPLDs. Cada clase está acompañada con ejemplos de diseño en
MAX+plus II, y se entrega a los estudiantes un conjunto de ejercicios de comprobación y un conjunto de
problemas de diseño. A diferencia de la primera parte, las soluciones pueden ser verificadas en un hardware real,
lo cual realmente eleva la motivación de los estudiantes para diseñar circuitos más complicados e interesantes.
Los CPLDs son programados a través de la interfase JTAG (IEEE 1149.1).
La evaluación del conocimiento, rendimiento y habilidades de los estudiantes se realiza mediante
pruebas escritas, pruebas en línea (con formatos en html), exposiciones y proyectos de diseño. En este curso, los
laboratorios se complementan con un proyecto de diseño para cada parte, uno para ASICs y otros para VHDL y
CPLDs. En el curso se recomienda a los estudiantes una metodología de aprendizaje y de diseño, basada en el
trabajo corporativo.
Se promueve el uso de lenguajes de programación (se recomienda C) para crear programas de
aplicación y para automatizar algunas tareas de diseño. En especial, el lenguaje C se utiliza en la segunda parte
del curso, donde se aprovecha para introducir los conceptos del codiseño de hardware (usando VHDL, CPLDs) y
software (usando C, Intel 8086).
Herramientas y Dispositivos
En el curso se enseña el uso de las siguientes herramientas CAD:
Programa
Descripción
Herramientas
ICAP4
(versión el programa para simulación de circuitos Editor esquemático (SpiceNet), simulador
estudiantil)
electrónicos, de Intusoft
(IsSpice),
post-procesador
gráfico
(IntuScope)
Borland C++ 3.1
entorno
de
programación
para Editor (Turbo Editor), Compilador
compilación y depuración de programas (Turbo Compiler), depurador (Turbo
en lenguaje C, de Inprise (Borland)
Debbuger)
Programa
Descripción
Herramientas
MAX+plus II (versión entorno integrado de diseño con lógica Editor de Texto (Text Editor), editor
estudiantil
9.23
y programable, de Altera
esquemático
(Graphic
Editor),
profesional 9.5)
sintetizador (Compiler), editor de señales
(Waveform
Editor),
simulador
(Simulator), analizador de tiempos
(Timing Analizer), programador de
CPLDs (Programmer)
TEDMOS 4.1
sistema básico para diseño de circuitos Editor de texto, editor de máscaras,
integrados MOS, de la UFRJ
simulador lógico, simulador eléctrico.
Todas estas herramientas se consiguen fácilmente, y el alumno puede disponer de ellas en su propio
computador. Los diseños de lógica programable (CPLDs) y VHDL se realizan sobre dispositivos de Altera:
Dispositivo
EPM7128SLC84-15
EPM9320LC84-20
EPF10K10LC84-4
EPC1441
Descripción
basado en EEPROM, programable en el sistema
basado en EEPROM, programable en el sistema
basado en SRAM, configurable en el circuito
EPROM de configuración para FLEX
Y también sobre tarjetas de desarrollo o de experimentación:
Tarjeta
UP1
UPx
TD-F10K10
TE-T16V7LC
Descripción
Tarjeta de desarrollo de Altera Corp. Contiene un dispositivo EPM7128SLC84-7 y un
EPF10K20RC280-3
Tarjeta de desarrollo de Intectra Inc, basada en un EPM7128SLC84-15
Tarjeta de desarrollo de la PUCP, basada en un dispositivo EPF10K10LC84-4
Tarjeta especializada para uso con la TD-F10K10. Contiene interruptores, leds, botones,
teclado y panel con visualizadores de siete segmentos
Descripción del Póster
Estos son los tópicos que se incluirán en el diseño gráfico del póster, donde se explotará al máximo el metro
cuadrado disponible para la presentación y se incluirá una interfase interactiva con botones de selección e
indicadores visuales:
Tema
Descripción del Curso
Metodologías
Tarjetas de desarrollo
Sesiones de Clase
Descripción
Objetivos, clases y laboratorios
Metodología de enseñanza, metodología de aprendizaje y metodología de diseño
Descripción y esquemas de las tarjetas elaboradas en la PUCP
un par de clases para cada parte del curso, incluyendo diseños combinacionales y
secuenciales
Sesiones de Laboratorio Que complementan a las clases presentadas
Proyectos de Diseño
se describe un proyecto de diseño secuencial con ASICs, y un proyecto un sistema
digital con VHDL y CPLDs
Sistema de Demostración Para demostración interactiva, de modo que los lectores puedan también
experimentar con algunos diseños digitales típicos. Va como una parte anexada al
póster, y está constituido por un sistema de diseño con CPLDs (tarjetas
desarrolladas en la PUCP) más guías de uso. Entre los diseños se incluirá un
juego de habilidad mental, un pasamensajes y un microprocesador.