Dispositius Electrònics i fotònics |
TEORIA (36 hores)Tema 1. Fonaments d'Electrònica i Física de Semiconductors (6 hores).1.1. Teoria de bandes i estructura cristal·lina.1.2. Materials semiconductors: propietats òptiques i elèctriques.1.3. La unió PN.Tema 2. Dispositius electrònics (12 hores).2.1. Díodes.2.2. Transistor BJT.2.3. Transistor MOS.Tema 3. Dispositius fotònics (6 hores).4.1. Fotodetectores.4.2. Díode LED i làser.4.3. Dispositius òptics integrats.Tema 4. Tecnologia microelectrònica (12 hores). 4.1. Creixement cristal·lí i depòsit de capes primes. 4.2. Recobriment d'oblies: oxidació, implantació iònica i difusió.4.3. Litografia òptica.4.4. Definició de patrons per atac químic i plasma.LABORATORI (24 hores)1. Simulació i caracterització del díode (3 hores). 2. Simulació i caracterització transistor BJT (3 hores). 3. Simulació i caracterització del transistor MOSFET (3 hores). 4. Implementació d'un amplificador/commutador (3 hores).5. Caracterització dispositius optoelectrònics (6 hores). 6. Pràctica/demo 1 sala grisa (3 hores). 7. Pràctica/demo 2 sala grisa (3 hores). |
|
Disseny CMOS analògic |
TEORIA (30h)1. Introducció al disseny microelectrónico analògic2. Disseny CMOS3. Amplificadors CMOS monoetapa4. Amplificadors CMOS diferencials5. Blocs bàsics de disseny i circuits de condicionament6. Amplificador operacionalLABORATORI (30h)1. Introducció. Caracterització de transistors MOS. 2. Fuentes i espills de corrent3. Amplificadors monoetapa4. Amplificadors diferencials5. Amplificador diferencial. Anàlisi preliminar.6. Anàlisis paramètriques7. Optimització i casos límit ("corners")8. "Layout". Posicionat i interconnexió.9. Verificació del layout. DRC. LVS.10. Extracció de paràmetres. QRC. Xstream. |
|
Disseny CMOS digital |
Els continguts de la teoria s'han distribuït en 8 temes i un total de 3 ECTS.TEORIATema 1: El transistor MOS en commutació.En aquest tema s'estudien les característiques elèctriques bàsiques del transistor treballant en commutació. S'estudia la porta bàsica inversora i Schmitt-Trigger.Tema 2: Portes bàsiques CMOS i blocs combinacionals.Portes NAND, NOR, XOR. Nivells de soroll. Descodificadors, codificadors, multiplexors, comparadors.Tema 3: Circuits seqüencials CMOS.Latch i flip-flop. Registres de desplaçament, comptadors i altres blocs combinacionals. Màquines d'estats.Tema 4: Temporització.Estudi dels temps que intervenen en el camí de dades i en el rellotge.Tema 5: Flux de disseny, descripció i simulació de circuits.Flux de disseny. Introducció als llenguatges de descripció maquinari. Introducció a Verilog per a modelatge i síntesi. Simulació funcional.Tema 6: Síntesi i simulació a nivell de portes.Eines per a la síntesi automàtica. Anàlisi estàtica de temps. Simulació a nivell de portes.Tema 7: Implementació.Llibreria general de cel·les estàndard. Planificació del xip. Emplaçat de components. Rutado. Síntesi de l'arbre del rellotge. Eines per a la implementació automàtica.Tema 8: Terminació del xip i anell d'entrada/eixida.Anell IO. PADs del fabricant per a IO. Aspectes finals en l'acabat del xip.LABORATORIEl laboratori suposa un total de 3 ECTS distribuïts en 10 pràctiques de 0,3 ECTS cadascuna.Pràctica 1: L'Inversor CMOS.En aquesta primera sessió es realitza un tutorial per a la creació d'un inversor CMOS, a partir de transistors de la llibreria gpdk045. Es realitza l'esquema, simulació de transitoris i DC, layout a partir de l'esquema. Posteriorment es realitza una verificació de les regles de disseny DRC, comprovació layout vs schematics, extracció de capacitats i resistències paràsites i simulació post-layout.Pràctica 2: Portes lògiques CMOS.En aquesta sessió es proposa la realización |
i s'analitzen els resultats de temporització estàtica obtinguts. Es realitza una simulació a nivell de portes extraient les propietats temporals del circuit sintetitzat.Pràctica 8: Implementació.En aquesta sessió s'implementa de principi a fi un circuit digital, s'analitzen els temps estàtics obtinguts i es comparen amb els de la síntesi. S'analitza el layout i xip generat.Per al desenvolupament de les pràctiques es precisa d'un laboratori amb ordinadors i les eines necessàries de Cadence de disseny de circuits integrats (virtuós, Layout, Assura, Spectre, Xcelium, Xmsim, Genus, Innovus, etc) |
Test i verificació |
Bloc I Test (15h)Teoria (6 h)IntroduccióTipus d'errorsTipus de testsMaquinariInstrumentacióAnàlisi de resultatsPràctiques (9h)1. Latch up en transistors / Caracterització tèrmica2. Automatització de mesures3. Anàlisi de dades (R/Matlab)Bloc II Verificació digital (45h)Introducció a Verificació Digital (6 h)Verificació Digital (DV): context dins del flux de disseny d'un xip.Objectius. Mètriques de verificació. Coverage.Metodologia de treball: vPlan, regressions, bug reporting i bug tracking. Tests dirigits, tests randomizados, injecció d'errors, stress.Breu introducció a altres disciplines en DV: verificació formal, emulació, DMS i AMS.Testant el test.SystemVerilog per a DV (9 h)Verilog i SystemVerilog.Interfícies. Connectant DUT i testbench. Glue logic.Tipus de dades. Classes i relació entre les classes, patrons de programari.Tasques i funcions.Randomización i constraints. Estratègies de generació d'estímuls.Fils i comunicació entre processos. Esdeveniments, semàfors, mailboxes.Assertions.Definició de covergroups i coverpoints. Cross coverage. Sampling.Breu introducció a DPI.Exemples basats en casos reals.Introducció a UVM (15 h)Conceptes bàsics de UVM (Universal Verification Methodology). Què és una llibreria, un framework i per què usar-ho. Modularización i reusabilidad.Tipus de components: monitor, driver, agent, environment, scoreboard, testcase.Arquitectura del testbench. Interaccions entre els components: crides i agregació. Transaccions, seqüències i ús de ports.Representació de registres. RAL.Pràctiques (15 h)Pràctica 1: vPlan.Verificació d'un DUT amb SystemVerilog i classes.Familiarització amb les principals eines: compilador, simulador, visor de gràfiques.Pràctica 2 (2 sessions): verificació d'un DUT amb UVM.Generació d'un testbench amb tots els components.Generació de testcases dirigits.Pràctica 3: randomización i assertions amb UVM.Generació de testcases |
|
Sistemes embeguts |
TEORIA (30h)Tema 1: Introducció al disseny de sistemes embeguts.Tema 2: Arquitectura dels sistemes embeguts.Tema 3: Comunicació processador amb lògica programable.Tema 4: Creació perifèrics usuari.Tema 5: Entorn de desenvolupament programari. Tema 6: Desenvolupament i depuració programari.Tema 7: Revisió del disseny de sistemes embeguts en temps real.Tema 8: Arquitectura avançada d'un sistema embegut.Tema 9: Depuració del sistema embegut (HW/SW) utilitzant Logic Analyzer.Tema 10: Interfícies de memòria en un sistema embegut.Tema 11: Maneig d'interrupcions en sistemes en temps real.Tema 12: Estudi de baixa latència i alta amplada de banda.Tema 13: Configuració del processador i creació d'un Bootloader del sistema.Tema 14: Estudi del profiling i de l'optimització de rendiment d'un sistema embegut.LABORATORI (30h)Laboratori 1: Dissenye maquinari d'un sistema embegut bàsic.Laboratori 2: Afegint IPs en la lògica programable.Laboratori 3: Creant i afegint perifèrics propis.Laboratori 4: Escrivint aplicacions programari bàsiques.Laboratori 5: Depuració de programari utilitzant SDK.Laboratori 6: Creació d'un sistema embegut complet.Laboratori 7: Depuració programari/maquinari usant Logic Analyzer.Laboratori 8: Estenent l'espai de memòria amb BRAM.Laboratori 9: Accés directe a memòria utilitzant CDMA.Laboratori 10: Creació d'un Bootloader del sistema embegut.Laboratori 11: Profiling i optimització de rendiment en sistemes embeguts. |
|
Pràctiques en empresa |
Els continguts de la matèria seran diferents depenent de la pràctica concreta que s'haja de dur a terme. A continuació es relacionen de manera genèrica les possibles activitats que poden #realitzardurant les pràctiques externes:- Disseny microelectrónico analògic o mixt- Disseny microelectrónico digital- Test i verificació- Sistemes embeguts. Programari i maquinari- Disseny de layout- Disseny de sistemes electrònics- Processament digital de senyal en sistemes VLSI |
|
Treball Fi de Màster |
Els continguts del Treball Fi de Màster seran diferents depenent dels objectius concrets del projecte a realitzar. Poden ser objecte de tema de Treball Fi de Màster tots aquells que siguen propis dels estudis del Màster. En particular, es podran projectar tota classe de sistemes i dispositius microelectrónicos per quants procediments permeta realitzar l'enginyeria actual. També podrà ser objecte del Treball Fi de Màster els treballs de recerca i desenvolupament, i el modelatge teòric o numèric dels dispositius, circuits o sistemes microelectrónicos. Es podran considerar així mateix com a temes de Treball Fi de Màster els estudis relacionats amb els continguts de la Titulació i relatius a equips, fàbriques, instal·lacions, serveis o la seua planificació, gestió o explotació. Per tant els continguts de la matèria seran diferents depenent del treball fi de màster concret que s'haja seleccionat per l'alumne. |
|
Seminaris |
Encara que la llista de seminaris serà dinàmica, es proposen, en aquesta primera edició, els següents títols: Fully Integrated Frequency Synthesizers: PLLs for Modern Wireless Communications SystemsWiFi7 Physical layer transceiver design. An overviewClock Distribution for Modern RF ICs: an overviewSW/HW codesign: FW architectures and development process during System On Chip designDigital verification: practical use case Business aspects in IC design Verification, Medical applicationsIndustrial applications,Measurements. |
|
Disseny microelectrónico analògic avançat (A1) |
TEORIA (12h)1. Revisió d'estructures bàsiques de circuits2. Tècniques de control aplicades en disseny microelectrónico analògic3. Soroll4. Tècniques de layout5. Exemples pràctics de projectes: referències de voltatge6. Exemples pràctics de projectes: reguladors de voltatgeLABORATORI (18h)1. Projecte practique I: Disseny i layout d'una referència de voltatge (part 1/3)2. Projecte practique I: Disseny i layout d'una referència de voltatge (part 2/3)3. Projecte practique I: Disseny i layout d'una referència de voltatge (part 3/3)4. Projecte practique II: Disseny i layout d'un regulador de voltatge (part 1/3)5. Projecte practique II: Disseny i layout d'un regulador de voltatge (part 2/3)6. Projecte practique II: Disseny i layout d'un regulador de voltatge (part 3/3) |
|
Disseny de components de radiofreqüència i microones integrats (A2) |
TEORIA (20h)1.Introduction a sistemes de comunicació.2.Components per a desenvolupament de blocs de ràdio freqüència.-Extensió models RF-Mecanismes de degradació i releability-Línies de transmissió integrades-encapsulat-Bobines integrades i extensió de RF de components passius 3. Disseny amplificadors RF.-Introducció paràmetres #S-Criteris estabilitat-Topologies i amplificadors guany programable.4.. Amplificadors de baix soroll-topologies-tècniques cancel·lació soroll5.Amplificadors de Potència-topologies-mecanismes de degradació, SOA i electro migració6.Mescladors:-actius vs passius-tècniques millora linealitat7.Oscil·ladors-oscil·ladors d'anell.-oscil·ladors LC .-Oscil·ladors Colpits .-Oscil·ladors controlats digitalment.LABORATORI (10h)P1. Disseny i simulació línies de transmissió en inductànciesP3. Selecció punt de polarització d'un transistor i Layout P4. Disseny Amplificador baix sorollP5. Disseny i simulació d'un Mesclador.P5. Disseny i Simulació d'un VCO |
|
Disseny de sistemes microelectrónicos (A3) |
TEORIATema 1: Circuits de capacitats commutades (4h)Tema 2: Tècniques de compensació d'offset, soroll de baixa freqüència i desapareamiento (4h)Tema 3: Convertidors de Nyquist (4h)Tema 4: Convertidors de sobremuestreo (4h)Tema 5: Sensors de temperatura integrats. (4h) Tema 6: Frontends per a sensors capacitius, resistivos o inductius (4h)LABORATORIPràctica 1: tècniques de simulació de circuits en temps discret (1.5h)Pràctica 2: modelatge de comportament de moduladors sigma-delta (1.5h)Pràctica 3: disseny i simulació de circuits SC per a convertidors Sigma-Delta (1.5h)Pràctica 4: disseny i simulació d'un sensor de temperatura (1.5h) |
|
Disseny microelectrónico digital avançat (D1) |
TEORIA (15h)Disseny Digital amb System Verilog (8h) Codificació de dissenys per a síntesis. (2h) Codificació de Màquines d'Estat Finites. (1h) Generació, processament i distribució de rellotges i resets (1.5h) Sincronització de dades entre dominis de rellotge i dominis de reset (1.5h) Disseny de Baix Consum amb #UPF. Clock Gating, Power Gating, DVFS. (2h) Implementació Digital VLSI (7h) Introducció al Flux d'Implementació Digital (0.5h) Biblioteca de Cel·les Digitals en Processos de Fabricació Avançats (0.5) Definició de Restriccions Temporals (1h) Síntesis (1h) Disseny per a Test (1h) Emplaçament i Rutado (1h) Anàlisi Temporal Estàtica (1h) Anàlisi de Consum (1h)LABORATORI (15h)Projecte practique 1: Disseny RTL (Verilog) (7h) Codificació de dissenys per a síntesis Codificació de Màquines d'Estat Finites Generació, processament i distribució de rellotges i resets Sincronització de dades entre dominis de rellotge i dominis de resetProjecte practique 2: implementació (6h) Síntesi Disseny per a Test Emplaçament i RutadoProjecte practique 3: anàlisi (2h) Anàlisi Temporal Estàtica Anàlisi de Consum |
|
Processament digital de senyal en dissenys VLSI (D2) |
TEORIA (18h)Tema 1: Introducció a funcions principals d'un sistema de comunicacionsTema 2: Adquisició de dadesTema 3: QuantificacióTema 4: Filtres, interpoladors/diezmadoresTema 5: Modulació/DemodulaciónTema 6: Optimització de Velocitat, Àrea i Consum LABORATORI (12h)Laboratori 1: Arquitectura d'un filtre FIRLaboratori 2: Implementació d'un filtre FIRLaboratori 3: Simulació d'un filtre FIR |
|
Sistemes digitals integrats. MCU embeguts (D3) |
TEORIA (18h)-Tema 1: Introducció (2h) - Diferencies entre uC/Cpu/Core - Principals fabricants de CPU del mercat - Aprofundir en la introducció del ARM M4-Cortex com Core de Referència per al curs-Tema 2: Cortex-M4 core (4h) - Característiques del core - Model de memòria - Registres de proposito general - Stacks - Nivells d'accés i maneres de programació - Excepcions - Vector table - Fault handling - Instrumentation Trace Macrocell (ITM) - AHB Access Port (AHB-#AP) - Bus Matrix-Tema 3: Perifericos del ARM M4-Cortex (4h) - Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC) - System Controll Block - System timer - Memory Protection Unit (MPU) - Floating-point unit-Tema 4: Eines per a programar un ARM M4-Cortex (3h) - Procés de compilacion - Toolchain - Makefile - Startup file - Linker script-Tema 5: Integració d'una #CPU en diferents microcontroladors (2h) - ARM M4 per stm32f4 i texas - ARM M0 per rasberry pic i stm32m0 - Altres exemples...-Tema 6: Interaccion del ARM M4-Cortex amb els màsters i esclaus del Stm32F4 (3h) - Arquitectura del sistem d'un Stm32F4 - Organizacion de la memòria - Mapa de memòriaLABORATORI (12h)-LAB1: Interacció amb els registres de proposito general i de les configuracions basicas-LAB2: Canvis de context per a Irq i Excepcions Vs Interacció funciones caller/callee -LAB3: Creació d'un Scheduler-LAB4: Creació Startup file + linker script-LAB5: Migrar tot el realitzat fins ara a la toolchain creant un makefile-LAB6: Analisis de consum de memòria |
|
Enginyeria de programari per a sistemes embeguts (S1) |
Tema 1: Introducció als sistemes embeguts (1h)Conceptes bàsics dels sistemes embeguts. Característiques diferencials-Tipus de sistemes embeguts-Aplicacions dels sistemes embeguts-Seguretat dels sistemes embegutsTema 2: Llenguatges de programació per a sistemes embeguts (1h)-Llenguatges de baix nivell per a sistemes embeguts. Assemblador-Llenguatges d'alt nivell per a sistemes embeguts. C i eines de compilació.-Llenguatges de scripting útils-Interfície entre diferents llenguatges de programacióTema 3: Arquitectures SW/HW per a sistemes embeguts (1h)-CPUs-Memòries-Hosted/Hostless-Flaix/Flashless-SDK i API de clients-EVKsTema 4: Desenvolupament de programari per a sistemes embeguts (1h)-Cicle de vida del desenvolupament de programari per a sistemes embeguts-Metodologies agiles de desenvolupament de programari per a sistemes embeguts-Eines de desenvolupament de programari per a sistemes embegutsTema 5: Descripció de característiques desitjables del flux de desenvolupament (2h)-Reduccion del Time-to-market-Definició de requisits-Funcionals-Temporals-Cost-Etc.-Arquitectura de Sistema -Co-disseny HW/SW -Plataformes de proves HW/SW-Simulacions-Emuladors-FPGAs-Definició d'interfícies HW/SW-HW drivers-Procés de `bringup-Test Driven Development (TDD)-Control de versions (SCM)-Gestió de tasques i errors en projectes (Agile + Jira)-Tests de Sistema-Sistemes d'Integració Contínua-Test benches -DocumentacióTema 6: Disseny de programari per a sistemes embeguts (3h)-SW product line: HW and SW configurations-Arquitectura SW de capes, components i interfícies-Disseny per al re-use -Capes d'abstracció, HAL, OSAL.-Codi independent d'aplicació-Codi dependent d'aplicació-Components de tercers i qüestions legals-Disseny per a compatibilitat cap endarrere-Disseny escalable-Ús extensiu de tecnicas de programacion defensiva (assert)-Revisió mèdica de hard/soft deadlines-Xec |
-Eines de desenvolupament (GNU)-Sistema de control de versions (GIT)-Unit tests (Google Test)-Anàlisi Estàtica de Codi (CppCheck)-Cobertura de testatge (Gcov)-Anàlisi dinàmica de Codi (Valgrind/Electric Fence)Laboratori 3: Implementació de plataforma SW independent de l'aplicació sobre un simulador de RTOSLaboratori 4: Implementació d'utilitats per a debug (I)Laboratori 5: Implementació d'utilitats per a debug (I) Laboratori 6: Implementació de Mock per a simular un HW especifiqueLaboratori 7: Implementació d'una aplicació real estafe exemple sobre la plataforma anterior (I)Laboratori 8: Implementació d'una aplicació real estafe exemple sobre la plataforma anterior (II)Laboratori 9: Debug funcional de l'aplicacióLaboratori 10: Anàlisi de rendiment i ús de memòria |
Control de qualitat (QA) en sistemes embeguts (S2) |
TEORIA (15h)Tema 0: Conceptes de validació i assegurament de la qualitat (QA)-Model en V-Requisits-Proves-Depuració i defectes-Conceptes de CI i de CD (Continuous Integration & Continuous Delivery)Tema 1: Definició de requisits-Requisits maquinari-Requisits programari-Requisits de sistema-Eines de gestió de requisitsTema 2: Definició de prova a partir de requisits-Eines existents vs pròpies-Tipus de proves (caixa negra, caixa blanca, funcionals, no funcionals...)-Definició d'indicadors clau de rendiment (KPI) a partir de requisits-Definició de criteris d'acceptació pass/failTema 3: Introducció a la validació de sistemes embeguts-Validació de sistemes embeguts vs sistemes programari:-Disponibilitat de recursos -Temps d'execució-Possibilitat d'automatització-Definició de sistema baix prova-Interacció amb el sistema baix provaTema 4: Execució i automatització de proves-Definició de bancs de prova-Proves automàtiques vs manuals: Per què automatitzar-Automatització:-Codificació: Control de canvis-Instrumentació-Execució-Informes-Eines:-Llenguatges de programació per a proves automàtics -Eines per a registrar progrés de proves-Frameworks de prova-Recol·lecció organitzada de dades per a informe de defectesTema 5: Defectes-Què és un defecte i com identificar-los -Com reportar un defecte correctament-Eines d'informe i traçabilitat de defectes Tema 6: CI per a productes embeguts-Què ofereix una eina de CI en la validació de productes embeguts:-Definició de treballs fàcilment repetibles-Distribució dels treballs entre maquinari disponible-Avantatges de tindre un CI automatitzat:-Optimització de temps maquina -Distribució de recursos -Informes de resultats automàtics-Gestió de bancs de prova:-Coexistència entre automatització i ús manual de recursos-Interacció dels components d'un entorn de CI |
|
Sistemes operatius en temps real (S3) |
TEORIA (10h)-Conceptes generals d'arquitectura de computadors-L'arquitectura (ISA: Instruction Set Architecture)-Diferències entre CISC i RISC-La CPU (Unitat Central de Procés)-Unitat de control-ALU (Unitat Aritmètic-Lògica)-Busos-Cache d'instruccions-Pipelining-Registres-Cores-Memòria (#ROM, #RAM)-Memòria caixet-Perifèrics d'entrada/eixida-Interrupcions-Microcontroladors-Conceptes generals de programari-Llenguatges de programació-Relació entre joc d'instruccions, codi objecte i llenguatge assemblador-Tipus d'arxiu executable-Compiladors-El linker o enlazador-Linker scripts i scatter files-Memòria estàtica i dinàmica-El stack i el heap-El carregador d'arrencada o bootloader-Temps real i conceptes de RTOS-RTOS vs GPOS-Latency-RTOS vs bare-metall (super loop)-Kernel / Scheduler-preemptive estafe-slicing-cooperative estafe-slicing-Tick, Aneu-li task, Ticless aneu-li-Interrupcions maquinari i programari-Tasques i fils-thread stack-prioritats-Paral·lelisme i concurrència-Secció Crítica-Semàfors, mutex i operacions atòmiques-Cues de missatges o altres mecanismes-Condition variables-Problemes clàssics-productor/consumidor-condició de carrera-inversió de prioritats-Processadors multi-core-SMP (Symetric Multi-Processing)-AMP (Asymmetric Multi-Processing)-Comunicació entre tasques-Anàlisis dels RTOS més comunament usats-FreeRTOS-MicroC/US-II (uCOS)-ThreadX-RTEMS-Zephyr-VxWorks-RTOS en FPGAs-Processadors softcore. Exemples-Xilinx Microblaze-Tensilica Xtensa-Implementacions RISC-V (La meua-V RV32, NEORV32, FEMTORV32)LABORATORI (20h)Projecte d'un xicotet sistema controlat per RTOS:Control d'un ventilador accionat per motor #DC (PWM) de manera automàtica mitjançant sensor de temperatura i controlable mitjançant comandos per Ethernet. |
|
Projecte industrial en microelectrònica |
Els continguts del "Projecte Industrial en Microelectrònica" seran diferents depenent dels objectius concrets del projecte a realitzar. Poden ser objecte de tema d'aquells que siguen propis dels estudis del títol. En particular, es podran projectar tota classe de sistemes i dispositius microelectrónicos per quants procediments permeta realitzar l'enginyeria actual. També podrà ser objecte del Projecte Industrial en Microelectrònica els treballs de recerca i desenvolupament, i el modelatge teòric o numèric dels dispositius, circuits o sistemes microelectrónicos. Es podran considerar així mateix els estudis relacionats amb els continguts del títol relatius a equips, fàbriques, instal·lacions, serveis o la seua planificació, gestió o explotació. |
|