Σχεδιασμός Αναλογικών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

Tίτλος του μαθήματος

Σχεδιασμός Αναλογικών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

Κωδικός αριθμός μαθήματος

ELC101

Τύπος του μαθήματος

Υποχρεωτικό

Επίπεδο του μαθήματος

Μεταπτυχιακό

Έτος σπουδών

1^o

Εξάμηνο

1^o

Πιστωτικές μονάδες ECTS

6

Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων

Σ. Βλάσσης, Επίκ. Καθηγητής
Κ. Ψυχαλίνος, Αναπλ. Καθηγητής
Ε. Μυτιληναίου, Καθηγήτρια
Γ. Σουλιώτης, Διδάκτορας

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να

1. Αναγνωρίζει τα χαρακτηριστικά στοιχεία σχεδιασμού αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για CMOS τεχνολογίες

2. Σχεδιάζει βασικά αναλογικά κυκλώματα όπως απλούς διαφορικοί ενισχυτές και διαγωγοί.

3. Σχεδιάζει αναλογικά συστήματα όπως φίλτρα με τελεστικους ενισχυτές και διαγωγούς

4. Αναγνωρίζει και κατανοεί το φυσικό σχέδιο των αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

5. Χρησιμοποιεί και κατανοεί προγράμματα προσομοίωσης και σχεδιασμού κυκλωμάτων.

Δεξιότητες

Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες

1. Ικανότητα να σχεδιάζει αναλογικά ολοκληρωμένα CMOS κυκλώματα

2. Ικανότητα να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση σχεδιαστικών προβλημάτων τόσο στο ηλεκτρονικό σχέδιο όσο και στο φυσικό σχεδιασμό κυκλωμάτων.

3. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη.

4. Ικανότητα να αλληλεπιδρά με άλλους σε προβλήματα διεπιστημονικής φύσης.

Προαπαιτήσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασική γνώση ηλεκτρονικών.

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος

1. Εισαγωγή στη τεχνολογία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Υλικά και Τρόποι Παρασκευής: Φυσική και χημική εναπόθεση (CVD), doping, διάχυση, Sputtering, συνθήκες παρασκευής κρυσταλλικών και άμορφων υλικών. Λιθογραφία. Nανοδομές, Μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (AFM).

2. MOS τρανζίστορ. Περιοχές λειτουργίας, Μοντέλα ισχυρού-ασθενούς σήματος. Απόκριση σε χαμηλές-υψηλές συχνότητες.

3. Τελεστικός ενισχυτής (Opamp). Ενισχυτές δύο βαθμίδων. Ορισμοί, Βασικές τοπολογίες. Επιδόσεις, απόκρισης συχνότητας, input offset, slew rate, bandwidth, consumption.

4. Ενισχυτές διαγωγιμότητας (OTA). Ορισμοί, Ανάλυση ισχυρού σήματος. Αρμονική παραμόρφωση, Γραμμικότητα.

5. Καθρέπτες ρεύματος. Μεταφορείς ρεύματος (Current Conveyors-CCII). Τελεστικοί ενισχυτές με ανάδραση ρεύματος (Current Feedback Operational Amplifiers-CFOA).

6. Μετασχηματισμός Laplace. Απόκριση στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας. Ευστάθεια συστημάτων.

7. Ηλεκτρονικά φίλτρα. Προσεγγιστικές συναρτήσεις Butterworth, Chebyshev.

8. Σχεδίαση φίλτρων με χρήση Opamp, OTA, CCII, CFOA, και current mirrors.

9. Ταλαντωτές: Relaxation oscillators,Ταλαντωτές LC και RC, Ring oscillators, XTAL oscillators.

10. Κυκλώματα επεξεργασίας σήματος: Διαχωριστές, Τετραγωνιστές, Πολλαπλασιαστές, Διαιρέτες.

Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη

1. P. Gray, P. Hurst, S. Lewis, R. Meyer, “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”, J. Wiley & Sons, 2001.

2. B. Razavi, “Design of analog CMOS integrated circuits”, McGraw Hill, 2001.

3. D. Johns, K. Martin, “Analog integrated circuit design”, J. Wiley & Sons, 1997.

4. P. Allen, D. Holberg, “CMOS analog circuit design”, Oxford University Press 2002.

5. W. Sansen, “Analog design essentials”, Springer 2006.

6. T. Deliyannis, Y. Sun and J. K. Fidler: “Continuous-Time Active Filter Design” CRC Press, 1999.

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Παραδόσεις με χρήση διαφανειών ή/και παρουσιάσεις με powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων σύνθεσης, επίλυση συνθετικών προβλημάτων από τους φοιτητές σε ομάδες των δύο ατόμων

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης

1) Εργασίες σχετικές με σχεδίαση τελεστικών ενισχυτών, φίλτρων, και ταλαντωτών (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5)

2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)

Γλώσσα διδασκαλίας

Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.

Tίτλος του μαθήματος	Σχεδιασμός Αναλογικών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων
Κωδικός αριθμός μαθήματος	ELC101
Τύπος του μαθήματος	Υποχρεωτικό
Επίπεδο του μαθήματος	Μεταπτυχιακό
Έτος σπουδών	1^o
Εξάμηνο	1^o
Πιστωτικές μονάδες ECTS	6
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων	Σ. Βλάσσης, Επίκ. Καθηγητής Κ. Ψυχαλίνος, Αναπλ. Καθηγητής Ε. Μυτιληναίου, Καθηγήτρια Γ. Σουλιώτης, Διδάκτορας
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να 1. Αναγνωρίζει τα χαρακτηριστικά στοιχεία σχεδιασμού αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για CMOS τεχνολογίες 2. Σχεδιάζει βασικά αναλογικά κυκλώματα όπως απλούς διαφορικοί ενισχυτές και διαγωγοί. 3. Σχεδιάζει αναλογικά συστήματα όπως φίλτρα με τελεστικους ενισχυτές και διαγωγούς 4. Αναγνωρίζει και κατανοεί το φυσικό σχέδιο των αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. 5. Χρησιμοποιεί και κατανοεί προγράμματα προσομοίωσης και σχεδιασμού κυκλωμάτων.
Δεξιότητες	Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες 1. Ικανότητα να σχεδιάζει αναλογικά ολοκληρωμένα CMOS κυκλώματα 2. Ικανότητα να εφαρμόζει μεθοδολογία στη λύση σχεδιαστικών προβλημάτων τόσο στο ηλεκτρονικό σχέδιο όσο και στο φυσικό σχεδιασμό κυκλωμάτων. 3. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική ανάπτυξη. 4. Ικανότητα να αλληλεπιδρά με άλλους σε προβλήματα διεπιστημονικής φύσης.
Προαπαιτήσεις	Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασική γνώση ηλεκτρονικών.
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος	1. Εισαγωγή στη τεχνολογία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Υλικά και Τρόποι Παρασκευής: Φυσική και χημική εναπόθεση (CVD), doping, διάχυση, Sputtering, συνθήκες παρασκευής κρυσταλλικών και άμορφων υλικών. Λιθογραφία. Nανοδομές, Μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (AFM). 2. MOS τρανζίστορ. Περιοχές λειτουργίας, Μοντέλα ισχυρού-ασθενούς σήματος. Απόκριση σε χαμηλές-υψηλές συχνότητες. 3. Τελεστικός ενισχυτής (Opamp). Ενισχυτές δύο βαθμίδων. Ορισμοί, Βασικές τοπολογίες. Επιδόσεις, απόκρισης συχνότητας, input offset, slew rate, bandwidth, consumption. 4. Ενισχυτές διαγωγιμότητας (OTA). Ορισμοί, Ανάλυση ισχυρού σήματος. Αρμονική παραμόρφωση, Γραμμικότητα. 5. Καθρέπτες ρεύματος. Μεταφορείς ρεύματος (Current Conveyors-CCII). Τελεστικοί ενισχυτές με ανάδραση ρεύματος (Current Feedback Operational Amplifiers-CFOA). 6. Μετασχηματισμός Laplace. Απόκριση στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας. Ευστάθεια συστημάτων. 7. Ηλεκτρονικά φίλτρα. Προσεγγιστικές συναρτήσεις Butterworth, Chebyshev. 8. Σχεδίαση φίλτρων με χρήση Opamp, OTA, CCII, CFOA, και current mirrors. 9. Ταλαντωτές: Relaxation oscillators,Ταλαντωτές LC και RC, Ring oscillators, XTAL oscillators. 10. Κυκλώματα επεξεργασίας σήματος: Διαχωριστές, Τετραγωνιστές, Πολλαπλασιαστές, Διαιρέτες.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη	1. P. Gray, P. Hurst, S. Lewis, R. Meyer, “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”, J. Wiley & Sons, 2001. 2. B. Razavi, “Design of analog CMOS integrated circuits”, McGraw Hill, 2001. 3. D. Johns, K. Martin, “Analog integrated circuit design”, J. Wiley & Sons, 1997. 4. P. Allen, D. Holberg, “CMOS analog circuit design”, Oxford University Press 2002. 5. W. Sansen, “Analog design essentials”, Springer 2006. 6. T. Deliyannis, Y. Sun and J. K. Fidler: “Continuous-Time Active Filter Design” CRC Press, 1999.
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι	Παραδόσεις με χρήση διαφανειών ή/και παρουσιάσεις με powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων σύνθεσης, επίλυση συνθετικών προβλημάτων από τους φοιτητές σε ομάδες των δύο ατόμων
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης	1) Εργασίες σχετικές με σχεδίαση τελεστικών ενισχυτών, φίλτρων, και ταλαντωτών (30% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5) 2) Γραπτή εξέταση (70% του τελικού βαθμού)
Γλώσσα διδασκαλίας	Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.