Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

VLSI1 Mikroprogramozott VLSI áramkörök és intelligens szenzorok Vizsgakérdések, 2008.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "VLSI1 Mikroprogramozott VLSI áramkörök és intelligens szenzorok Vizsgakérdések, 2008."— Előadás másolata:

1 VLSI1 Mikroprogramozott VLSI áramkörök és intelligens szenzorok Vizsgakérdések, 2008.

2 VLSI2 2) Logikai rendszerek A ma használatos VLSI áramkörök általában az alábbi öt logikai rendszer alapján épülhetnek fel: - statikus CMOS logika, - dinamikus CMOS logika, - transzfer gate-s logika - bipoláris emittercsatolt (ECL) logika, mint az előzőek kiegészítője, - BiCMOS logika

3 VLSI3 nn p p VccVcc Y=A +B C t B A 3) Statikus CMOS logika -Hátrány: -Duál pMOS pull-up hálózat - 2xC be bemeneti kapacitás, lassú Előny: -Nincsenek időzítések, sem clock -Egyszerű a tervezés

4 VLSI4 Y=A  B A A B R1R1 A U ref B Y=A. B V cc R2R2 Transzfer-gates logika (Pass gate logic) Emittercsatolt logika (ECL) Szint- helyreállítás

5 VLSI5 Egylépéses áramösszegző D/A DiDi DiDi 128. I 0 T8T8 T1T1 I ref  I I K7K7 I0I0 K0K0 K1K1 2.I02.I0 V CC R1R1 - + U ki   IRU ki1 -U SS K-kapcsoló Virtuális föld Sín

6 VLSI6 U ref Feszültség-összegző kapacitív D/A átalakító U ref C0C0 2.C02.C C 0 C0C0 K0K0 K1K1 KvKv K7K7 U ki C gnd C ref U ki

7 VLSI7 R/2R létrás D/A átalakító R R1R1 - + U ki 2R R I ref     n i i i refki D R R UU U ref R U ki R R R R Ellenállás-osztós D/A átalakító Bináris fa Virtuális föld

8 VLSI8 Áramok kapacitív tárolása + - C I TÁR +U -U

9 VLSI9 Analóg MOS-kapcsoló helyettesítőképe C g s S D K r sd U be C g d C d b C s b G C U ki 0 5V V Tn V Tp nMOS pMOS r ON U be U ki U nyitó terhelő RC=integráló tag ! Spektrum…! eredő

10 VLSI10 C U offset 11 22 22 11 + U+U+ U ki U Chopper-stabilizált komparátor 11

11 VLSI11 Kétfokozatú CMOS műveleti erősítő T1T1 T2T2 T8T8 T6T6 T5T5 T4T4 T3T3 T7T7 U+U+ U-U- 100  A 200  A 1,14V 50  A 100/0,6 1,8V 0,64V 1,14V 100/0,6 160/0,8 40/0,8 160/0,4 200/0,6 160/0,4 40/0,8 2pF 300Ω U ki 1,2V 0,25  m techn. λ n =0,02/V λ p =0,04/V V Tn =0,48V V Tp =-0,48V G=70 dB P=0,72mW

12 VLSI12 K Hibaképző és kompenzáló U ki Főerősítő U be Chopper stabilizált mellékerősítő Chopper-stabilizált erősítő

13 VLSI13 On-chip thermosztát I REF U Szab Hőmérséklet-mérő Szilícium-dióda „fűtő”- tranzisztor I fűtő Differenciál-erősítő Szabályzó áramkör

14 VLSI14 Rezgő ellenállás   U1U1 C0C0 U2U2 U1U1 U2U2 C0C0 R ekv C0C0 U1U1 U2U2   U1U1 Kapcsoló

15 VLSI15 Klasszikus EEPROM cella n + n + Control gate S D tunnel oxid +12V 0 V+12V WRITE ERASE READ 0 V U Read +5V + to gate from gate

16 VLSI16 VLSI áramkörök megvalósitási lehetőségei ,000100,000 Full-custom (tipikus: mobil) Darabszám Cellás tervezés Programozható (Gate-array, SoC) Költség Szempontok: - sebesség - fogyasztás - költségek, ár - tervezés, korrekció

17 VLSI17 ÉS mátrix VAGY mátrix BemenetekKimenetek Mintermek PLA áramkörök elvi elrendezése

18 VLSI18 A+B V CC AiAi BiBi AB+AB R1R1 Statikus PLA áramkör

19 VLSI19 Programozott áramkörök programtároló elemei Statikus flip-flop EEPROM/FLASH Antifuse Q n p p n V CC Tunnel Drain Control Gate Source Floating Szigetelő

20 VLSI20 Prog. inverz Preset Clear EEPLD „Makrocella” felépítése D P Q C BemenetekrőlMakrocellákról I/O-ról Output Enable Global órajel Cella órajel Programozható flip-flop I/O pin Inputs EEPROM cella products sum

21 VLSI21 Programmable Interconnect Array (PIA) Macrocell I/O Macrocell I/O Macrocell I/O Macrocell I/O Macrocell I/O Macrocell I/O Global Clock EPLD blokkvázlata (Altera)

22 VLSI22 PASS-TRANZISZTOROS ÖSSZEKÖTTETÉSEK (XILINX) CLB SWITCH MATRIX - Programozható - Szomszédos cellák között fix - Globális vonalak - Long-range vonalak

23 VLSI23 ACTEL-TEXAS antifuse memória-elem n-adalékolt réteg Poliszilicium vezeték SiO 2 szigetelő Oxid-Nitrid-Oxid (ONO) ultravékony szigetelő 18V R normal > 10 MΩ R átütött < 300Ω

24 VLSI24 System-on-Chip (SoC) áramkörök Dual-port memória FPGA 8-bites mikrocontroller

25 VLSI25 Atmel System-on-Chip (SoC) áramkör cella I/O cellák Horizontális Sínek: 5 x 1 local + 2 express Vertikális sínek: 5 x 1 local+2expr. vezetékek a memória és  C felé 32 x 4 bit memória Csatlakozási lehetőség h/v Segment = 4 x 4 cella 50K kapu, 3V, 18Kbit, 100MHz, 384I/O. I/O cellák Local: 4cella, Expr:8 cella

26 VLSI26 S System-on-Chip (SoC) áramkör Cellák közti közvetlen kapcsolat Kapcsolódási pontok N E W SESW NWNE Cella Express line Local line

27 VLSI27 Adatátviteli szabványok 1.Párhuzamos adatátvitel: berendezésen belül, byte, word, stb. 2.Soros átvitel: - órajel-vzetékes (clocked) adatátvitel - RS-232 (és változatai): mindkét oldalon „timebase” - órajel-visszaállítás adatból: preamble - egyvezetékes, órajel-hossz modulációs Strobe 0 1 t

28 VLSI START BIT STOP BIT LSB Az RS-232 soros átviteli szabvány

29 VLSI29 START | 1010 A 2 A 1 A 0 R/W |ACK| xxxx xxxx |Inc| xxxx xxxx |Inc|xxxx xxxx| STOP Az I 2 C soros átviteli szabvány Eszköz címe Byte címe 1. Adat byte 2. Adat byte Automatikus cím inkrementálás ACK=0: slave nyugta, lehúzza 0-ba, master elengedi adat vonalat ACK=1: nincs nyugta, slave felhúzza 1-be A0A0 A1A1 A2A2 GND V CC x DATA CLK Clock Data Start Clock Data Stop

30 VLSI30 1) Intelligens szenzor blokksémája Szenzor Jel elő- készítő Jelfeldolgozó Processzor A/D átalakító Adat memória Program memória Adatátvitel RF

31 VLSI31 A szenzorok típusai - hőmérséklet-mérésen alapulók - mechanikai jellegűek - kémiai érzékelők - mágneses tereket érzékelők - optikai és fény érzékelők - sugárzások érzékelése - biológiai, biofizikai érzékelők

32 VLSI32 Szenzor alap-technológiák - Hagyományos, diszkrét elemekből - szilicium planar, System-on-Chip (SoC) - MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) - vékonyréteg techn. - vastagréteg techn. - mikrohullámú, optikai, stb.

33 VLSI33 - szakaszos (sleep) üzemmód - optimalizált algoritmusok - külső energiaforrások (transzponderek) -rádiófrekvenciás átvitel … távolságok...? Implantált (hordozható) szenzorok Alapprobléma: fogyasztás

34 VLSI34 Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) technológiák Eltávolított oxidréteg Szilicium szubsztrát Leválasztott poliszilicium réteg Szilicium szubsztrát Marással eltávolított alapkristály (üreg) Cantilever Felületi MEMS technológia Tömbi MEMS technológia igen kis méretek jól integrálható viszonylag nagyobb méretek -integrálhatóság ?

35 VLSI35 Szilicium lapka ellenállás üreg fém Membrán Kapacitív szenzor-háló A klasszikus diszkrét nyomásmérő Nyomásmérés

36 VLSI36 Integrált nyomásérzékelő (Motorola) 68HC05 CPU Analóg interface SPI 4K EPROM MEMS nyomás- mérő RAM Comp Bias 8-bit A/D conv

37 VLSI37 Xsensor (USA) tapintás-érzékelő 1 tenyér-érzékelő: 21 * 21 szenzor, 2,5mm felbontás 4 ujj-begy érzékelő, 9 * 9 szenzor, 1,25 * 1,25 mm, felbontás = 1,5 mm Nyomásérték 0-1 atm 60,000 érzékelési pont/sec feldolgozási sebesség

38 VLSI38 Integrálható tapintásmérő - piezorezisztív jelátalakítás - pórusos Si alapú mikromechanikai megmunkálás  elsőként - a felületi és tömbi mikromechanika előnyeinek kombinációja - egykristályos, integrálható érzékelő elem - újdonság 100  m

39 VLSI39 Tapintásmérő jel-erősítő U1U1 V CC Érzékelő R1R1 R2R2 R REF R MÉRŐ U2U2 helipot UkUk dekóder Sín PAD Tapintó-érzékelő a panelen

40 VLSI40 Erőméréshez használt MEMS hangoló-villa Fésű-elrendezésű aktuátor Érzékelt mechanikai erőhatás Áram érzékelés Meghajtó feszültség Horgony

41 VLSI41 UGUG Referencia-elektróda SiO 2 Folyadék-tér n-drain A tranzisztor I D (U GS )-görbéje hidrogén hatására balra (-U) tolódik el ISFET (Ion Sensitive FET) térvezérelt érzékelő tranzisztor p-szilícium n-source USUS UDUD csatorna

42 VLSI42 UGUG Referencia elektróda SiO 2 Folyadék-tér n-drain A tranzisztor I D (U GS )-görbéje hidrogén hatására balra (-U) tolódik el ChemFET térvezérelt kémiai érzékelő tranzisztor p-szilícium n-source USUS UDUD csatorna ion-szelektív áteresztő membrán hydrogel

43 VLSI43 Differenciális (két tranzisztorból álló) ChemFET érzékelő p72 Referencia ChemFET Szelektív védőburok Mérendő gáz

44 VLSI44 Multi-szenzoros elrendezés Minimum 3 szerves anyag érzékelése Szigeteletlen, lebegő gate S1S1 S2S2 S3S3 D3D3 D2D2 D1D1 Ablak

45 VLSI45 Gázérzékelés „mikro-fűtőlap” (hotplate) segítségével Hotplate hőmérséklet: o C E 2 mérőelektróda Szigetelő membrán p-szilícium szubsztrát n-szilícium sziget Hőmérséklet-érzékelő Poliszilícium fűtőellenállás Vastag-réteg film SnO 2 ellenállás E 1 mérőelektróda

46 VLSI46 RtRt Piezoelektromos kerámia UgUg Adó Vevő Felülethullámú szűrő (Surface Acoustic Wawe, SAW) Hullámhossz: Átvitt sáv függ: ujjak mérete, száma 30 MHz Aktív réteggel bevont nyitott ablak

47 VLSI47 Felülethullámú szűrő (SAW) alkalmazása gázérzékelőként White, Procc. IEEE 1970/58 p32 Gerjesztés Fém-elektródák Hullám-terjedés Detektálás Levált szemcsék A levált szemcsék megváltoztatják a terjedési sebességet, a szűrőt egy visszacsatolt rendszerbe helyezve, annak önfrekvenciája megváltozik Piezo-elektromos hordozó Gázérzékelő bevonattal

48 VLSI48 A 32-csatornás érzékelő adatátviteli protokollja 1100Start Power upWriteRead16-bit digitalizált érték10-bit csatorna cím Start0001 ( 2 x 5-bit → 2 elektróda a 32-ből) Chip: 3  m BiCMOS techn., 4 x 6 mm, 5000 tranzisztor, CLK=2 MHz, VDD=5,2V, P  90mW r 12 Δ d b a dl 2 x

49 VLSI49 Szilícium MEMS mérőtű Átmérő:  m Mérhető terület: 100  m 2 Méréshatár: 20  V-1mV Sávszélesség: 10kHz Stimuláló/mérő pontok Kimeneti szalagkábelek Hordozó lemez Összekötő vezetékek Jelfeldolgozó áramkör

50 VLSI50 Tipikus kétutas mérőrendszer felépítése ASK dekóder Clock recovery 10bit A/D Power on Reset Endekóder Regiszterek Control Logika Táp Oszcillátor Keverő MUX Aktív transmit E-oszt. meghajtó 4 MHz 60 kb/s 6-15V 2 mW 250 ksample/s 1,4mW / 3V

51 VLSI51 Rádiófrekvenciásan táplált SoC áramkörös retina implant Micro konnektor kábel Video Kamera Retina Látóideg Hermetikus lezárás RF antenna System on Chip (SoC) áramkör Szemüveg

52 VLSI52 4 x 4-es beültetett retina elektróda felvétele A flexibilis vezetőkkel ellátott szalagba beépített platina-elektródák mérete: 260  m, vagy 520  m átmérő A chip mérete: 4 x 5 mm „Az elektróda gerjeszti a cellákat, de nem tudjuk, hányat…”


Letölteni ppt "VLSI1 Mikroprogramozott VLSI áramkörök és intelligens szenzorok Vizsgakérdések, 2008."

Hasonló előadás


Google Hirdetések