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.
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.
