РАЗРАБОТКА СЛОЖНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО БЛОКА КМОП- АВТОГЕНЕРАТОРА-Дипломная работа

Содержание

Аннотация
Введение 5
1. Литературный обзор по проектированию интегральных схем 6
1.1 Маршрут проектирования КПОМ ИС 6
1.2 Технологический маршрут изготовления КМОП ИС 10
1.3 Сложные функциональные блоки 12
1.4 Базовые схемы автогенераторов 13
1.4.1 Мультивибратор 14
1.4.2 Автогенератор на операционном усилителе 16
1.4.3 Кольцевой автогенератор 18
1.5 Постановка задачи 20
2. Методика проектирования 21
3. Разработка схемы электрической принципиальной СФ-блока автогенератора ....23
3.1 Разработка блока автогенератора 23
3.2 Разработка блока термостабилизации 37
3.3 Результаты проектирования и их анализ 42
Заключение 44
Список использованной литературы 46

Введение

Важной задачей отечественной микроэлектроники является разработка логических сверхбольших интегральных схем и схем специального назначения. Для создания таких схем требуются сложные функциональные блоки (СФ-блоки), построенные на основе отечественных технологических процессов. Задача разработки открытых отечественных сложных функциональных блоков - актуальна и востребована в рамках глобальной задачи обеспечения национальной безопасности и импортонезависимости Российской Федерации в области радио- и микроэлектроники.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка сложного функционального блока автогенератора на основе комплекта средств проектирования HCMOS8D ПАО «Микрон» для применения в КМОП аналоговых интегральных схемах. Проектирование ИМС выполнялось с использованием системы автоматизированного проектирования (САПР) Cadence Virtuoso
В рамках работы проведен литературный обзор, включавший обзор типичного маршрута проектирования интегральных схем на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП), технологический маршрут изготовления КМОП интегральных схем, обзор классификации СФ-блоков, используемых в промышленности, обзор базовых схем автогенераторов. На основе проведенного литературного обзора сформулированы технические требования к СФ-блоку. Разработан СФ-блок перестраиваемого по частоте термостабильного автогенератора с рабочим диапазоном температур 0-125 °C, который обеспечивает линейный частотный диапазон перестройки 144 МГц. СФ-блок состоял из кольцевого автогенератора с промежуточной схемой управления частотой и управляющего блока термостабилизации, выполненного на основе термо-компенсированной самосмещенной цепи и бандгапа на основе pnp биполярного транзистора в диодном включении. СФ-блок предназначен для использования в составе аналоговых контроллеров питания, ШИМ-контроллерах и т.д.
Верификация разработанного СФ-блока планируется путем изготовления опытного образца в физическом воплощении на ПАО Микрон в 2024 году в рамках федерального проекта «Подготовка кадров и научного фундамента для электронной промышленности» по гос. заданию на выполнение научно-исследовательской работы «Разработка методики прототипирования электронной компонентной базы на отечественных микроэлектронных производствах на основе сервиса MPW». До конца 2023 года СФ-блок будет включен в российскую библиотеку открытых СФ-блоков.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Заключение

В рамках выполнения выпускной квалификационной работы были выполнены следующие задачи:
1. Был проведен литературный обзор по маршруту проектирования КМОП ИС, технологическому маршруту изготовления КМОП ИС, обзор классификации СФ-блоков, обзор базовых схем автогенераторов. На основе проведенного литературного обзора принято решение, о том, что среди рассмотренных схемотехнических решений автогенераторов наиболее перспективным для реализации в виде СФ-блока является схема на основе кольцевого автогенератора.
2. Разработана и промоделирована в САПР схема электрическая принципиальная перестраиваемого по частоте автогенератора. Схема автогенератора состояла из кольцевого автогенератора, построенного на основе пяти каскадов инверторов, а также промежуточной схемы управления.
3. Разработана и промоделирована в САПР схема электрическая принципиальная блока термостабилизации частоты автогенератора. Схема блока термостабилизации состояла из термокомпенсированной самосмещенной цепи, и бандгапа на основе pnp биполярного транзистора в диодном включении. Блок термостабилизации компенсировал температурную нестабильность выходной частоты автогенератора в рабочем диапазоне температур.
4. Проведено исследование и анализ параметров разработанного перестраиваемого по частоте термостабильного СФ-блока автогенератора. Установлено, что СФ-блок перестраиваемого по частоте термостабильного автогенератора с рабочим диапазоном температур 0-125 °C, который обеспечивает линейный частотный диапазон перестройки 1-44 МГц.
Результаты работы апробированы в ходе представления доклада на ХХ Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов (СНИИ - 2023), приуроченной к 70-летию радиофизического факультета и 145-летию Томского государственного университета.
Верификация разработанного СФ-блока планируется путем изготовления опытного образца в физическом воплощении на ПАО Микрон в 2024 году в рамках федерального проекта «Подготовка кадров и научного фундамента для электронной промышленности» по гос. заданию на выполнение научно-исследовательской работы «Разработка методики прототипирования электронной компонентной базы на отечественных микроэлектронных производствах на основе сервиса MPW». До конца 2023 года СФ-блок будет включен в российскую библиотеку открытых СФ-блоков.

Литература

1. Kaeslin H. Digital integrated circuit design: from VLSI architectures to CMOS fabrication.
- Cambridge University Press, 2008.
2. Clein D. CMOS IC layout: concepts, methodologies, and tools. - Elsevier, 1999.
3. Abbas K. Handbook of Digital CMOS Technology, Circuits, and Systems. - Springer Nature, 2020.
4. Данилина Т. И., Чистоедова И. А. Современные технологии микро - и
наноэлектроники. Томск: Издательство ТУСУР, 2020. 339 с.
5. Данилина Т. И., Кагадей В. А., Анищенко Е. В. Технология кремниевой
наноэлектроники. Томск: ТУСУР, 2015. 316 с.
6. Johns D. A., Martin K. Analog integrated circuit design. - John Wiley & Sons, 2008.
7. Беленький Я. Е., Многофазные релаксаторы, К., 1966; Справочник по импульсной технике, под ред. В. Н. Яковлева, 3 изд., К., 1972
8. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. — М.: Радио и связь, 1990. — С. 322—325.
- ISBN 5-256-00408-5.
9. Чулков В. А. Кольцевые генераторы импульсов в цифровых преобразователях информации // Пензенский государственный технологический университет, 2019. Пенза.
10. R. Jacob Baker CMOS. Circuit Design, Layout, and Simulation. Third Edition: IEEE Press Series on Microelectronic Systems, 1177 с.
11. Banba H. et al. A CMOS bandgap reference circuit with sub-1-V operation //IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 1999. - Т. 34. - №. 5. - С. 670-674.
12. Andreou C. M., Koudounas S. & Georgiou, J. (2012). A novel wide-temperature- range, 3.9 ppm/C CMOS band-gap reference circuit //IEEE Journal of Solid-State Circuits.
- Т. 47. - №. 2.
13. Rabaey, Chandrakasan, Nikolic Digital Integrated Circuits: A Design Perspective. - Pearson Education, 2003. - 514 с.
14. McNeill J. A., Ricketts D. The designer's guide to jitter in ring oscillators. - Springer Science & Business Media, 2009.
15. Mandal M. K., Sarkar B. C. Ring oscillators: Characteristics and applications, 2010.