Projektowanie układów scalonych CMOS

Podręcznik poświęcony podstawowym zagadnieniom z zakresu projektowania układów scalonych CMOS, obecnie powszechnie stosowanym we wszystkich dziedzinach przemysłu, telekomunikacji, medycynie i wielu innych. Podano podstawowe wiadomości dotyczące tranzystorów MOS i elementów stosowanych w technologii CMOS, a także opis oprogramowania wspierającego hierarchiczne projektowanie układów scalonych. Przedstawiono projektowanie układów scalonych metodami bottom-up (od pojedynczego elementu do układu) oraz top-down (od funkcji układu do jego fizycznej realizacji).
Odbiorcy książki: studenci wydziałów elektroniki, telekomunikacji i informatyki wyższych uczelni technicznych, studenci wydziałów informatyki uniwersytetów, słuchacze studiów doktoranckich i podyplomowych.

Spis treści:
Słowo wstępne 9
1. Wprowadzenie 11
2. Wytwarzanie układów scalonych - od pomysłu do testów - kurs w pigułce 15
2.1. Pomysł 16
2.2. Schemat i symulacje wstępne 17
2.3. Topografia i sprawdzenie reguł geometrycznych 17
2.4. Ekstrakcja elementów podstawowych i porównanie ze schematem 19
2.5. Ekstrakcja elementów podstawowych i pasożytniczych oraz przeprowadzenie symulacji 20
2.6. Fabrykacja i testy gotowej struktury 20
2.7. Podsumowanie kursu w pigułce 22
3. Układy CMOS 23
3.1. Tranzystory MOS 23
3.2. Tranzystor dyskretny a tranzystor jako podstawowy element układu scalonego 27
3.3. Pasożytnicze pojemności w układach CMOS 29
3.4. Parametry układów cyfrowych 32
3.4.1. Charakterystyka przejściowa i marginesy zakłóceń 33
3.4.2. Obciążalność bramki 35
3.4.3. Właściwości dynamiczne 35
3.4.4. Konsumpcja energii 36
3.4.5. Współczynnik Delay-Power Product (DP) 41
3.5. Podstawowe elementy CMOS 41
3.5.1. Inwerter 41
3.5.2. Bramka NAND 52
3.5.3. Bramka NOR 56
3.5.4. Bramki AOI i OAI 60
3.5.5. Bramka XOR 61
3.5.6. Bramka transmisyjna 62
3.5.7. Bufor trójstanowy 62
3.5.8. Przerzutniki 63
4. Oprogramowanie wspierające hierarchiczne projektowanie układów scalonych 66
5. Projektowanie układów scalonych metodą od szczegółu do ogółu 71
5.1. Schemat układu - od tranzystorów do systemu 71
5.2. Weryfikacja funkcjonalna 78
5.3. Tworzenie topografii 85
5.3.1. Reguły projektowe, czyli kompromis uzysku produkcji i wydajności systemu 85
5.3.2. Parametry elektryczne warstw 95
5.3.3. Połączenie układu scalonego ze światem zewnętrznym 106
5.3.4. Przykładowe topografie 112
5.4. Weryfikacja topografii i przesłanie układu do produkcji 114
6. Projektowanie układów scalonych metodą od ogółu do szczegółu 118
6.1. Cykl projektowy układu scalonego metodą od ogółu do szczegółu 118
6.2. Programowanie, kompilacja i symulacja działania układów za pomocą języków opisu sprzętu 119
6.3. Synteza logiczna 122
6.4. Komórki standardowe i automatyczne generowanie topografii 124
7. Produkcja układów scalonych 130
7.1. Wytwarzanie struktury półprzewodnikowej 130
7.1.1. Wytwarzanie monokryształu 131
7.1.2. Defekty struktur monokrystalicznych 133
7.1.3. Kształtowanie elementów elektrycznych 138
7.1.4. Nanoszenie warstw 138
7.1.5. Defekty nanoszonych warstw 151
7.1.6. Kształtowanie warstw - proces, defekty 153
7.1.7. Domieszkowanie i wygrzewanie 161
7.1.8. Uproszczony proces produkcji struktury CMOS 165
7.2. Postęp technologii CMOS i przyszłość układów scalonych 169
8. Podstawy języka Verilog 175
8.1. Terminologia 175
8.2. Moduł i porty 176
8.3. Podstawowe konstrukcje języka Verilog 180
8.3.1. Typy danych 180
8.3.2. Skalary i wektory 183
8.3.3. Operacje na wektorach 185
8.3.4. Pamięci 187
8.3.5. Parametry 187
8.3.6. Zadania i funkcje 191
8.4. Składnia i konwencje języka Verilog 194
8.4.1. Słowa kluczowe 194
8.4.2. Identyfikatory 194
8.4.3. Komentarze 195
8.4.4. Znaki białe 195
8.4.5. Stałe 195
8.5. Przeprowadzanie i kontrola symulacji 197
8.5.1. Czas i opóźnienia 197
8.5.2. Moduł testowy 198
8.5.3. Zadania i funkcje systemowe 198
8.5.4. Dyrektywy kompilatora 199
8.6. Hierarchia 201
8.7. Poziomy abstrakcji modelowania 204
8.8. Projektowanie na poziomie kluczy i bramek 205
8.8.1. Elementy predefiniowane 206
8.8.2. Przykłady zastosowania 209
8.8.3. Własne elementy predefiniowane 212
8.9. Projektowanie na poziomie przepływu danych 217
8.9.1. Operatory 218
8.9.2. Przypisania współbieżne 221
8.9.3. Przykładowe zastosowania 222
8.10. Projektowanie na poziomie behawioralnym 225
8.10.1. Bloki proceduralne 225
8.10.2. Instrukcje warunkowe i wyboru 231
8.10.3. Pętle 234
9. Zjawiska elektrotermiczne w układach scalonych 237
9.1. Zjawiska termiczne w ciałach stałych 237
9.1.1. Rodzaje wymiany ciepła 238
9.1.2. Równanie przewodnictwa ciepła w ciałach stałych 240
9.1.3. Rozwiązanie równania przewodnictwa ciepła w ciałach stałych, opisującego warunki pracy obudowanych układów scalonych w stanie ustalonym 243
9.2. Analiza interakcji elektrotermicznych w układach scalonych 245
9.2.1. EThS - narzędzie do przeprowadzania symulacji elektrotermicznych w stanie ustalonym 246
9.2.2. Thermtest - prototypowy układ scalony do weryfikacji zjawisk elektrotermicznych w układach scalonych 247
9.2.3. Dopasowanie i weryfikacja modeli elektrotermicznych na podstawie pomiarów układu testowego Thermtest i symulacji w środowisku EThS 251
9.2.4. Przykładowe symulacje elektrotermiczne 256
Spis literatury 259