Mikroelektronikai rendszerek tervezése laboratórium

Design of Microelectronics Systems Laboratory

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

2026. March 21.

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Mikroelektronikai rendszerek tervezése laboratórium

Design of Microelectronics Systems Laboratory

Tantárgykód

BMEVIEEMA03

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	0	0	3
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	—	önálló

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

félévközi érdemjegy

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

DR. Szabó Péter Gábor

beosztás: egyetemi docens

elérhetőség: szabo.peter@vik.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Kar

Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Tantárgy weboldala

—

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

A választott projektfeladat jellegének megfelelően vagy egy analóg/MEMS design flow-n végighaladva, vagy egy digitális rendszer magas szintű leírásának elkészítése és szintézise révén történik a mikroelektronikai tervezőrendszerek bemutatása.

Mikroelektronikai rendszerek tervezése

Az analóg/MEMS projektfeladat során a hallgatók megismerkednek a Cadence Virtuoso áramkörtervező rendszerrel. Az elkészítendő analóg áramkör kapcsolási rajzát, annak tranziens, DC és AC szimulációját is ebben a környezetben hajtják végre a hallgatók. Az áramkör egyedi tervezésű layoutját szintén Cadence Virtuoso rendszerben készítik el és post-layout szimuláció elvégzésével ellenőrzik az integrált áramkör működését. A MEMS eszköz végeselemes mechanikai szimulációit ANSYS rendszer segítségével hajtják végre a hallgatók.

A laboratórium ütemterve:

hét	Téma
1-2	A nyílt tervezőrendszerek jellemzőinek megismerése (Mentor/Cadence tervezőrendszer). A Mentor/Cadence tervezőrendszer használatának elsajátítása egy-egy mintapélda segítségével
3-5	A kiválasztott analóg integrált áramkör kapcsolási rajzának tervezése, az elkészült áramkör működésének ellenőrzése ipari SPICE szimulátorral, a technológiai szórások és a hőmérsékletváltozás figyelembevételével.
6-8	A fizikai terv (layout) elkészítése, tervezési szabályok ellenőrzése, post-layout szimulációk elvégzése.
9-11	Ismerkedés MEMS tervezőrendszerekkel; egy széleskörűen használt tervezőrendszer használatának elsajátítása. Ismerkedés a MEMS tervezésben használatos szimulációs módszerekkel
12-14	Egy kisebb önálló tervezési feladat végrehajtása a bemutatott tervező programok (pl. ANSYS) egyikével

Nagybonyolultságú digitális áramkörök tervezése

A rendszertervezés módszereit egy egész féléves feladaton keresztül ismerhetik meg a hallgatók. Ebben a feladatban egy egyszerű mikroprocesszor (pl. MOS Technology 6502 8-bites mikroprocesszor) SystemC nyelven megvalósított, rendszerszintű tervét készítik el. Az így megalkotott processzort a félév végén emulált perifériák környezetébe helyezve, azokhoz illesztve tesztelik. Az így kialakított rendszer egyes moduljai, a processzor és a perifériák közötti kommunikációt tranzakció és regiszterátviteli szinten is modellezik. Az implementált utasításkészlet, az emulált kijelző és billentyűzet segítségével egy összetett, valós hardveren is működő példaprogram válik futtathatóvá. A feladat végrehajtása során a hallgatók a MOS Technology 6502 8-bites mikroprocesszort magas szintű nyelven valósítják meg. A feladat megoldásánál a SystemC Linux környezetben (OpenSuse) hozzáférhető verzióját használják a hardver leírására. Az emulációt és a megtervezett hardver szoftveres verifikációját az SDL multimédiás C keretrendszerrel végzik. Ellenőrzés céljából a megtervezett processzoron a hallgatóknak egy egyszerű tárolt programot kell megvalósítaniuk.

A laboratórium ütemterve:

hét	Téma
1	C++ áttekintés, C++-alapú hardvermodellezés Demonstráció: egyszerű mikroprocesszoros rendszerek procedurális és objektum-orientált modelljeinek bemutatása
2	SystemC áttekintés, SystemC RTL-alapú hardvermodellezés Demonstráció: egyszerű mikroprocesszoros rendszerek SystemC modelljeinek bemutatása
3	Objektumorientált / procedurális C++ modellek beépítése SystemC modellekbe, a SystemC wrapper-ek használata Demonstráció: egyszerű mikroprocesszoros rendszer procedurális modelljének beépítése SystemC szimulációs környezetbe SystemC wrapper segítségével, ciklushelyes SystemC modell készítése
4-8	6502 mikroprocesszor C / C++ / SystemC modelljének elkészítése
8-13	Videovezérlő modul SystemC modelljének beépítése, verifikáció

A laboratórium tárgy célja, hogy lehetőséget teremtsen a VLSI áramkörök, illetve a Mikroelektronikai rendszerek tervezése c. tárgyak során elsajátított elméleti ismeretek gyakorlati kipróbálására. Ezért a laboratóriumi munka során a hallgatók választhatnak, hogy a korszerű mikroelektronikai rendszerek (integrált mikrorendszerek jelfeldolgozó és kommunikációs áramkörökkel közös hordozón kialakítva) tervezésével vagy nagybonyolultságú digitális áramkörök és hálózati interfészeik magas szintű tervezésével kívánnak-e foglalkozni. A hallgatók a félév során a gyakorlatban is megismerkednek az iparban alkalmazott modern számítógépes tervező rendszerekkel és korszerű szimulációs környezetekkel. Egy, a szemeszter során esettanulmány jelleggel (egyedileg vagy csapatban) megoldandó kisebb tervezési projektfeladat segítségével a laboratóriumi munka során a hallgatók készség szinten elsajátítják a tervezőrendszerek használatát.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Képességek

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Attitűd

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Autonómia és felelősség

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Oktatási módszertan

számítógépes laboratórium

Tanulástámogató anyagok

Online források

- ; Tervezőrendszerekhez tartozó elektronikus; dokumentációk és tervezési segédletek (http://edu.eet.bme.hu); Dr. Bognár György, ”Szemelvények VLSI áramkörök; tématerületén”, Elektronikus jegyzet, 2011; SDL multimédia keretrendszer - https://www.libsdl.org, http://wiki.libsdl.org; SystemC - http://www.accellera.org/downloads/standards/systemc; J. Bashker: A SystemC Primer; Thorsten Grötker, Stan Liao, Grant Martin, Stuart Swan:; System Design with SystemC; David C. Black, Jack Donovan, Bill Bunton, Anna Keist:; SystemC: From the Ground Up; Wai-Kai; Chen , ”The VLSI handbook”, CRC Press LLC, 2000. ISBN 0-8493-8593-8; Mohamed; Gad-el-Hak, ”MEMS Design and Fabrication”, CRC Press LLC, 2006. ISBN; 0-8493-9138-5; Stephen D.; Senturia, „Microsystem design” Kluwer Academic Publishers. 2002. ISBN; 0-7923-7246-8

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

Elektronika, Mikroelektronika, C/C++ készségszintű ismerete a nagybonyolultságú digitális áramkörök tervezése irány választóinak. Tranzisztoros erősítő alapkapcsolások ismerete (differenciál erősítő, műveleti erősítő), oszcillátor alapkapcsolások (gyűrűs oszcillátor) ismerete a Mikroelektronikai rendszerek tervezése irányt választóknak.

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

Általános szabályok

Követelmények: A tárgy félévközi jeggyel zárul. A jegy megadásának feltétele a félév elején kiadott feladatok legalább elégséges szintű megoldása. A félévközi jegyet a végzett munka és a beadott dokumentáció alapján adjuk. Pótlási lehetőségek: A pótlási héten a féléves feladat egy része pótolható csak (20%)

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Nincs megadva.

Ajánlott tantárgyak

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.