Történelem Planar techn. Dinamikus – kapacitív tárolás Küszöbfeszültség instabilitás – analóg… CODEC – telefónia EPROM – floating gate Mikroprocesszor, memóriák Gordon Moore Scale-down Áramkör-elmélet (kódolás, szűrés, etc.) Analogic „electronic grade” Team – tudományágak „Intellectual property”, IP Microelectronics

Küszöbfeszültség alatti működés: csatorna Drain polysilicon gate gate-oxid Gate p-szubsztrát Source n+ Rövidcsatornás „telítéses” üzem: Küszöbfeszültség alatti működés: Microelectronics

Szubsztrát visszahatás Cp T1 T2 Usb ΔVth=0,5 Usb 1/2 Microelectronics

Parazita elemek Drain Cdb Cgd Gate Szubsztrát Cgs Csb Cgb Source Microelectronics

Latch-up Microelectronics nMOS-tranzisztor pMOS-tranzisztor n-zseb p+ D nMOS-tranzisztor p+ G p-szubsztrát S n+ pMOS-tranzisztor Latch-up Microelectronics

Gate rg Ugs’ Cgs Cgd ri rs gmUgs’ rd Source Drain Cgb Csb D1 D2 Cdb Idb Bulk (szubsztrát) Microelectronics

Vertikális tranzisztor Gate Source Drain Szubsztrát Hordozó n+ p L Microelectronics

Silicon-on-Sapphire, SOS n-adalékolt drain réteg Csatorna a p-szubsztrátban Nincs parazita n-adalékolt source réteg poliszilicium gate réteg Gate oxid réteg UG US UD Szigetelt hordozó pl. zafír Microelectronics

Integrált bipoláris tranzisztor Kollektor Emitter Bázis p-bázis p-szubsztrát n+-emitter n-kollektor n+-kollektor eltemetett réteg n+-kollektor hozzávezetés Microelectronics

Tokozások MCM, szendvics-szerkezet (mikrohullámú összeköttetések) 1. VLSI chip 2. VLSI chip 3. VLSI chip Kerámia hordozó Tokozás Microelectronics

Kaszkád feszültségkapcsolt logika (Cascade Voltage Switch Logic, CVSL) Ellentétes (differenciális) vezérlés Ha bemenetek=lebeg, akkor kapacitív tárolás) VDD VDD T2 T1 T4 T3 Q A T3 T4 Q Q T1 D T2 D CLK Microelectronics

Logikai családok statikus CMOS dinamikus CMOS (Domino) transzfer gates áramkapcsolt (CML) kaszkád feszültség-kapcsolt (CVSL) emittercsatolt (ECL) BiCMOS adiabatikus, retractile Microelectronics

Logikai családok 1. Statikus n p Vcc Y=A +B C t B A CMOS logika. 2. Dinamikus CMOS logika. 3. Több-kimenetű Dinamikus CMOS logika. VCC  Vcc Y=A.B n p ELŐTÖLTÉS B A C ki KIÉRTÉKELÉS T1 Y1 C1 D  T2 Y2 C2 E A M F B  Microelectronics VLSI áramkörök

4. Transzfer-gates logika. p A 4. Transzfer-gates logika. n A Y=A  B p n B Vcc 5. Emittercsatolt logika. R1 R2 A B Uref Y=A . B Microelectronics

6. BiCMOS logika n p T1 Q1 Q2 Ct Vcc T2 T3 T4 A Microelectronics

7. Current Mode Logic, CML CMOS alapinverter VDD A·B+C·D URef B D A C Vcc p A Ct n CMOS alapinverter Microelectronics

Microelectronics

Statikus RS-tároló. Brute force!!! T1 n Q C2 p C1 SET RESET VCC Microelectronics

DOMINO CMOS DOMINO CMOS fokozatok összekapcsolása statikus inverterrel  Vcc DOMINO CMOS dinamikus, egyfázisú logika p Y=A. B A n C ki B Cparazita n  Vcc  Vcc Vcc n nMOS logika A.B A.B Y=A.B.D A C1 C3 C2 B Statikus inverter D DOMINO CMOS fokozatok összekapcsolása statikus inverterrel Microelectronics

jel-regenerálás, átmeneti tárolók (transzparens latch-ek) GHz-es CMOS logikák időzítés – fázisjelek deskew áramkörök jel-regenerálás, átmeneti tárolók (transzparens latch-ek) differenciális jel-vezetés Microelectronics

Gyors beírású, a kimeneten megfogott D-tároló Q C1 C2 VDD D T4 T2 T7 T5 T1 CLK M T3 T6 I1 I2 I3 Microelectronics

Memóriák Microelectronics

6-tranzisztoros statikus tároló cella V CC p n word line read write bit line Microelectronics

ECL kiolvasású 6-tranzisztoros tároló cella Read Word Line Read Bit LIne p p n n Q 1 n n - V EE out Write Word Line Q 2 V ref sense amplifier - V EE Microelectronics

Duál-port RAM VCC BL1 BL2 WL1 WL2 Microelectronics

Áramtükrös SRAM kiolvasó erősítő Oszlop szelektálás Bit Bit UG VDD, nincs áram Φ fázisjel nyitja T7-et, kiválasztjuk az oszlopot, ΔU feszültségek lépnek fel, T1, T2 az „erősítőre” kapcsol, T5 nyit, T6 zárva marad, UG →0, Adat ki = VDD, ui. T4 árama=0 kell legyen. Ha fordítva, akkor T6 nyit, T4 zárva, ezért Adat ki =0, nincs munkaellenállás! T5 zár, ezért UG=VDD. végül Φ→0, T7 lezár, T1 T2 VDD T7 +ΔU ΔU=0 T3 T4 UG Adat ki T5 T6 Φ T7 Microelectronics

Billenőkörös kiolvasó erősítők VDD Kis felhúzó áram T1 T2 Bit Oszlop szelektálás Bit Bit Bit T1 T2 Memória cellák WL X Φ Y Itt vezérel, nyitva, de I=0 VDD-10mV T3 Oszlop T4 T3 T4 VDD metastabil X Y Földelés T5 T5 T6 T6 Adat ki Adat ki T7 T7 T8 T8 Φ Φ T10 T11 T9 T9 Φ b) a) Φ Microelectronics

ECL sordekóder VDD A0 Q1 ECL –MOS Translator URef CL Q2 Microelectronics

3-tranzisztoros dinamikus (analóg) cella Kimeneti vonal (invertált) Bemeneti vonal Read T3 T1 Analóg áramkörök: aritmetikához T2 CS Write Microelectronics

1-tranzisztoros dinamikus RAM cella word line bit line read amplifier CS CBL Microelectronics

Dinamikus RAM cella kiolvasó erősítő p n Prech V ref Strobe1 Strobe2 Word line Dummy bitline C s Dummy cell 1 2 Microelectronics

Szinkron DRAM ütemezése Régi DRAM: aszinkron. Itt processzor tudja latency-t, és akkor olvas ki. C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Sor-cím Oszlop-cím Burst kezdete RAS CAS Clock Cím Adat Latency Microelectronics

16 Mbit (1Mx16) SDRAM BANK0 * 2K 256 16 sense amplifiers I/O gating DQM mask logic column address latch buffer burst counter control logic CD row decoder register multiplexer refresh controller mode reg. command CKL CKE CS WE CAS RAS A0-A10 BA data input output D0-D15 DML, DMH memory array BANK1 2 2048 256x16 MUX B D L C R 11 16 Mbit (1Mx16) SDRAM Microelectronics

DDR (Double Data Rate)-RAM EDO-RAM (kimeneti tároló, közben címek) Beágyazott RAM-ok: dual oxide technique RAMBUS SAM Video RAM Microelectronics

UV-EPROM cella Kapacitív osztó, Lavina-hatás (hot elektron) Vezérlő gate Source Lebegő (floating) gate Drain Csatorna Kapacitív osztó, Lavina-hatás (hot elektron) Microelectronics

Klasszikus EEPROM cella (Tunnelezés a drain-ről) Control gate Kapcsoló tranzisztor 0 V +12V +5V S D + +12V +5V n + n + +12V 0 V URead tunnel oxid to gate from gate READ WRITE ERASE Microelectronics

Flash memória cella Bit line n + S D tunnel oxid Word line 0 V Közös föld Törlés: minden source → +12V, electronok: vissza source-ba Microelectronics

Split-gate EEPROM cella Alagút-hatás Control gate Drain Source S D +5V GND +12V GND D +12V n n S GND Forró elektronok a/ b/ c/ Microelectronics

NOR-rendszerű Flash memória Helyfoglalás Write: source=0, BL=high, WL=+U Erase: közös source =+U, WL= -U, BL=lebeg egyszerre a blokk Read: source=0, drain=R, WL=cím 2. Bit-vonal 1. Bit-vonal WL0 WL1 WL14 WL15 Közös source Microelectronics

NAND-rendszerű Flash memória struktúra Jó helykihasználás, lassú (soros) Write (Tx): BLx szelektálás Source szelektálás, KS=0 BLx=0 WLx= ++U, a többi +U csatorna mindenütt, tunnel Tx Erase: zseb=++U, összes WL=0 minden cella törlődik Read (read-through, „cellákon át”): BL, KS szelektálás Source=0, BL= pull-up WL (nem Tx)=normál csatorna WLx=0, kiolvasás függ lebegő gate-től (BLX) 1. Bit-vonal 2. Bit-vonal Bit-vonal szelektálás Sor- dekóder WL0 WL1 WL14 (WLX) WL15 Közös source szelektálás (KS) TX Közös source Microelectronics

Programozott kapcsoló FPGA, redundáns memória, A/D kalibrálás D T1 Programozás A S UVez T2 A Kapcsoló rds B B Közös lebegő gate Microelectronics

Dinamikus sordekóder elrendezése F V SS 2 1 DD A fém poly szóvonal Dinamikus sordekóder elrendezése Microelectronics

Cache-Tag memória struktúra 8K x 9bit SRAM TAG-RAM DATA-RAM BANK decoder comparator MISS HIT CPU databus Main Memory 9 bit program counter 13 9 HIT / MISS Microelectronics

Cache memóriák Hierarchikus memória-felépítés: L1I, L1D utasítás és adat-memória L2 L3 Main memory Disc L3 cache L2 cache L1 utasítás cache és fetch Ugrás jóslás utasítás queue Regiszter- és stack-kezelés Elágazás regiszterek Egészszám regiszterek Lebegőpontos regiszterek Elágazás egység Integer és multimédia egység L1- adat cache Lebegő- pontos egység Busz vezérlő és ECC Microelectronics

A/D átalakítók Microelectronics

8-bites flash A/D átalakító Uref Ube R/2 + ROM 256  8bit R + higany R 1 + R 1 + ‘Thermometer’ XOR R/2 D0 D7 Microelectronics

Aláosztásos (subranging) A/D átalakító Differencia-képző Hibajelerősítő D/A Mintavétel és tartás Digitális kimenet Flash konverter Logika Ube K1 Microelectronics

Telecom áramkörök Microelectronics

Jel-utak kialakítása Analóg átvitel: Rotary-gépek Crossbar 16x16-os kapcsoló-mátrix 1 Analóg átvitel: Rotary-gépek Crossbar Mechanikus relék - Elszigetelt tirisztorok Be 16 1 Ki 16 14. bemenet→2. kimenet Microelectronics

Kapcsoló-mátrix és felbontása = 4 1 n=16 1 1 4x2 4x2 1 4 N 2 =2 4 5 5 4x4 Bemenetek 8 8 9 9 12 12 16 13 13 1 Kimenetek 16 16 Egyidejűleg max. nN2/N1 16 Microelectronics

Hibrid Z0 lezáróellenállás Adás Vett jel Áramirányok vételnél Csavart érpár Microelectronics

Kóder-dekóder (CODEC) áramkör CLK PCM Out Highway Analóg be S/H Successive Approximation Register (SAR) Komp. Control Data Control Register DAC REF MUX PCM In Highway Input Register Hold Analóg ki Keret szinkron VCC GND Microelectronics

Dinamika-expanzió exponenciális görbével 8 2 1 6 5 4 3 7 Digitális bemenet Analóg kimenet Microelectronics

ATM-hálózat kiépülése Használat előtt ki kell építeni a vonalat, minden csomag ezen, előzés nincs! VPI: azonos az úton, de sok VCI-t használ. Kis cella→ kis bufferek Végpont kérés elfogadás ATM kapcsoló virtuális útvonal A B Microelectronics

ATM packet GFC (Generic Flow Control, Általános folyam vezérlő), VPI VCI PT CLP ADAT FEJLÉC bitek 8 7 6 5 4 3 2 1 53 byte-ok . (48 Byte) HEC GFC (Generic Flow Control, Általános folyam vezérlő), VPI (Virtual Path identifier, Virtuális útvonal azonosító), VCI ( Virtual Channel Identifier, Virtuális csatorna azonosító), PT (Payload Type, Hasznos adat tipus), CLP (Cell Loss Priority, Cella elvesztés prioritás), HEC (Header Error Check, Fejléc hiba ellenőrzés). Microelectronics

Osztott memóriás (shared memory) ATM switch Ciklusidő = 26ns 4-bites portra: 155 Mbit/s 4 port összevonva. 622Mbit/s 32 bites portra:1,25Gbit/s 1 1. kimeneti memória Kimeneti 2 4 tárolók 8x4 és kimenet 8. kimeneti memória bufferek 32 4 prioritás dual-port RAM frissítés DRAM memória 8192 ATM cella kezelés 1 Bemeneti 1. bemeneti memória 2 4 tárolók 53byte SAM 8x4 és vezérlő bemenet interfész bufferek 8. bemeneti memória Vezérlõ- jelek 32 4 Órajelek és keretvezérlõk Microelectronics

Scrambler áramkör Uki SR Ube Shift Regiszter XOR kapu + Microelectronics

Kódoló áramkör + Kódolatlan n Kódolt 1-bit bitfolyam késleltetés MUX XOR kapu Kódolatlan n n+1 + Microelectronics

Trellis kódolás sémája 1/00 1/10 0/10 1/11 0/00 0/01 0/11 S00 S01 S10 S11 n-edik állapot (n+1) -edik állapot Microelectronics

Viterbi kódoló sémája Microelectronics

ACS (Add-Compare-Sum) blokksémája Komparálás Szelektálás + összeadó Microelectronics

Dekódolás a Trellis rács alapján 42 32 X 2 22 S00 S01 S10 S11 1 4 11 10 01 00 Adat Szimbólum Vett szimbólum Microelectronics

Analóg Trellis dekódoló Ube+ C1 2 1a C2 1b C3 1 2a C4 2b Vdd UG1 UG2 U1+ U2+ Microelectronics

Analóg Viterbi dekódoló 2 T10 UR pMOS áramtükör nMOS NMOS Analóg tároló UDD I2 T1 T3 T7 T4 T6 T9 T5 T8 I1 A T2 T13 1 T11 T12 T14 B Microelectronics

Jelút kapcsoló MUX 1 2 n vezérlõ dekóder DE dual-port RAM bemeneti cellák kimeneti útvonal Microelectronics

Batcher-Banyan kapcsoló . 1 2 3 4 5 6 7 bemenetek kimenetek TG a) b) be ki U kapcs c) Microelectronics

Különbségi Manchester Bitfolyam 1 a) Kettes alapú b) NRZI +1 MLT-3 c) -1 Bitfolyam 1 1 1 1 NRZ a) Manchester b) Különbségi Manchester c) Microelectronics

Hibásan vett bitek száma Összes adott bitek száma 1 +1 -1 Invertált AMI Bitfolyam BER = Hibásan vett bitek száma Összes adott bitek száma Amplitúdó Idő Névleges logikai "0' Névleges logikai "1' Microelectronics

TDx/Rx GND TX RX Ütközés Vcc Koaxiális kábel átvivő határfelület (DTE) Adatvégződés Közegélérési egység (MAU) Gazdagép DC/DC átalakító 62 bit 2 bit 6 bájt 2 bájt 4 bájt Előhang SFD Forrás Hossz Adat FCS Célállomás címe 46-1500 bájt Microelectronics

vonal illesztő-tag Kétszer sodrott érpár kiegyenlítő MLT-3/Bináris . Elválasztó transzformátor Kétszer sodrott érpár + 1 közös ér illesztő-tag közösmódusú szűrőtekercs közös (föld) vezeték vonal kiegyenlítő Bináris/MLT-3 MLT-3/Bináris visszakódoló vett jel adás-jel GND "K" Transceiver chip kódoló és meghajtó Microelectronics

Csatorna kiválasztásFrekvencia 2. keverő RF szűrő Frekvencia osztó Oszcillátor Demodulátor, processzor 1. keverő Tükör elnyomás Csatorna kiválasztásFrekvencia 2. keverő Antenna LNA IF szűrő Microelectronics

LS Csub2 Cox1 Csub1 Cox2 Rsub1 RS Rsub2 Cf a) b) Microelectronics

L1 T1 T2 Ube+ VCC L3 L2 LG Ube LS CGS a) b) Microelectronics

Uszab VCC L1 L8 C2 T1 T2 Uki+ Ube+ Ube_ Uki_ T3 T4 T7 T6 T5 T8 L7 L4 Uref Microelectronics

VDD V1 UG1 L2 T2 L1 T1 UC V2 C1=2pF UG VCC=2.5V L1 L2 L3 C2 Rn T1 T2 Uki Ube C1=2pF UG VCC=2.5V L1 L2 L3 C2 Rn T1 T2 Uki Ube Microelectronics

QAM mod/demod. Csatorna kiválasztás Mixer LNA osztó Oszc. Alapsávi PA Alapsávi processzálástól QAM mod/demod. Mixer Microelectronics

VDD L1 ULO2 T5 T6 T7 T8 URF C1 Igen UIF,I UIF,Q T1 T2 T3 T4 Microelectronics

9. Analóg áramkörök Microelectronics

Analóg MOS kapcsoló helyettesítőképe Cg s S D K rsd Ube Cg d Cd b Cs b G Ct Uki 5V VT,n VT,p nMOS pMOS rON Ube Microelectronics

9. Neurális áramkörök Microelectronics

Ucontrol US UD Utunnel Lebegő gate Elektron injekció Tunnelezés vissza poly Microelectronics

Utunnel Synapse11 Synapse12 Synapse13 UD Isum Ucontrol1 Ucontrol2 Ucontrol3 IS1 IS2 IS3 (12-24V) (0-5V) (regulated) T1 T2 T3 Microelectronics

yeN ye2 yi ye1 Wg2 Wi2 Wi1 Wg1 WiN WgN WeN We2 We1 xN x1 x2 globális tiltó egység Microelectronics

WTA áramkör UG4 Vdd Uin (j) T1 VSS Ij UCOM Uki (j) p T2 T3 T4 T5 UG5 Microelectronics

Ucom Ud(j) T1 Ibe(j) T2 Iki(j) Ud(j+1) T3 Ibe(j+1) T4 Iki(j+1) T5 UG5 Icom Microelectronics

Gilbert 4-negyedes analóg szorzó U1 U3 U2 T1 U4 I1 I2 I4 I3 Io1 T2 T3 T4 Io2 Microelectronics

Rendszerszintű specifikáció Regiszter-Transzfer szintű terv Szintézis Követelmények Gyártási előírások Microelectronics

Microelectronics Elképzelés Specifikáció Szimuláció Viselkedés-szintű leírás Logikai optimalizálás Regiszter-szintű leírás Layout tervezés Tervezési szabály ellenőrzés Elhelyezés és huzalozás Layout extrakció Szeletgyártás Szerelés, tokozás, mérés Behaviour level RTL level Cella-könyvtár Reuse Place and Route Design Rule Check Silicon foundry Microelectronics

Nagy gyártók, élenjárás, technológiai kapcsolat Tervező laborok Magyarország…. Logikai tervezés…CAD? Áramkörelmélet SOC: codevelopment, HW/SW Cellakönyvtár: standard, vagy saját cella+reuse Szinkron-aszinkron Órajel szétosztás Mikrohullám: induktivitás+tápvonal Microelectronics