Übersicht - Hochintegrierte Systeme
| Lehrender: | Dr.-Ing. Christoph Niemann |
|---|---|
| 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, David Harris:
CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective, 3rd Edition, Addison Wesley, ISBN: 0-321-14901-7
- 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
- W.J. Dally, J.W. Poulton:
Digital Systems Engineering, Cambridge University Press, 1998
LSF-Server
Wintersemester 2024/25
- Advanced VLSI Design (Advanced CPU Design), Projekt (LSF-Link)
Materialien zur Vorlesung und Übung
Vorlesung: Dr.-Ing. Christoph Niemann
Übung: M.Sc. Alexander Lehnert
- 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