Giới hạn ôn thi: Chương 1-3 và bài tập thực hành môn Thiết kế hệ thống VLSI | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

Giới hạn ôn thi VLSI: Chương mở đầu: Lý thuyết:
- Vai trò của VLSI trong các ngành công nghiệp và đời sống là gì?
- Thiết kế VLSI gồm mấy bước? Mỗi bước đảm nhiệm một khâu riêng biệt nào?
- Chu trình thiết kế một hệ thống VLSI gồm các khâu nào? Khâu thiết kế mạch (Circuit
Design) có vai trò quan trọng như thế nào?
- Trong chu trình thiết kế VLSI, khâu thiết kế IC gồm các bước như thế nào? Trong công
nghiệp tiến trình CMOS hiện nay thì tại sao nói các foundry (xưởng đúc) là đắt đỏ và
không phải nước nào cũng có thể trang bị được?
- Khâu đánh giá evaluation đóng vai trò gì trong chu trình thiết kế VLSI?
- Các chỉ tiêu kỹ thuật của VLSI là gì? (Nêu ngắn gọn các chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống VLSI)
- Thiết kế VLSI có mấy kiểu thiết kế chính? Đặc điểm cốt lõi nhất của mỗi kiểu?
- Tại sao nói thiết kế VLSI lại cần tính cục bộ hóa, module hóa?
Bài tập: Một tấm SOI wafer hình tròn có đường kính là 20cm được chia thành các miếng
(die) hình vuông với kích thước cạnh là 1.2 cm.
(a) Hỏi số lượng miếng die cắt ra NDPW là bao nhiêu?
(b) Giả sử rằng trong quá trình sản xuất bị lỗi với xác suất 80%, tính số lượng miếng die tốt thành phẩm Y
(c) Giá thành của một phiến SOI wafer đường kính 20cm kể trên là 1000 USD, tính giá thành
của một die chế tạo ra
(d) Giả sử rằng giá thành die chiếm tỷ trọng 25% trong toàn bộ khâu thiết kế chip, tính giá thành
của một chip thành phẩm? Chương 1: Lý thuyết:
- Phân chia công nghệ VLSI theo vật liệu CMOS gồm có mấy loại chính?
Công nghệ MOS có mấy phân nhóm sử dụng vật liệu làm cổng?
- Nêu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của một transistor kiểu nMOS
- Nêu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của một transistor kiểu pMOS
- Nêu nguyên lý hoạt động của công nghệ quang khắc DUV photolithography cho chế tạo vi mạch
- Nêu cách thức tạo giếng đôi Twin well trong công nghệ chế tạo transistor MOSFET
- Nêu nguyên lý hoạt động và viết biểu thức của của ba vùng đặc tính dòng-áp (quan hệ I- V) của transistor nMOS
- Nêu nguyên lý hoạt động và viết biểu thức của của ba vùng đặc tính dòng-áp (quan hệ I- V) của transistor pMOS
- Nêu hoạt động của hiệu ứng kênh dài
- Nêu hoạt động của hiệu ứng kênh ngắn
- Nêu ảnh hưởng của điện dung ký sinh ảnh hưởng đến hoạt động của mạch điện trong
các MOSFET transistor Bài tập:
1) Xét một cấu trúc n-MOS được sản xuất với các tham số : mật độ pha tạp trên tấm đế
NA=8×1015cm3; mật độ pha tạp dải polysilicon cực cửa ND=51020cm−3; độ dày lớp ôxít cực
cửa tox=500 Ao ; mật độ điện tích tĩnh tại tiếp giáp ô-xít cực cửa Nox=2,2×1010cm−3.
a) Xác định giá trị điện áp ngưỡng khi kênh dẫn transistor không được pha tạp
b) Xác định loại pha tạp, mức pha tạp kênh dẫn để có điện áp ngưỡng VT=2.2V?
2) Xét một cấu trúc MOS đơn giản được sản xuất với các tham số : tox=220 Ao;
ΦGC=−0,7V; NA=2×1016cm−3; Qox=q2×1011C/cm2; ϵSi=11,7ϵ0; ϵox=3,97ϵ0; ϵ0=8,85×10−14 F/cm.
a) Xác định điện áp ngưỡng V TH0 trong điều kiện chưa có điện áp phân cực ở điều kiện nhiệt
độ phòng (T=300o K)
b) Xác định loại pha tạp, mức pha tạp kênh dẫn (N I /cm2) cần thiết để có mức điện áp ngưỡng bằng 0,85V Chương 2 : Lý thuyết
- Nêu nguyên lý tổng quát của thiết kế mạch VLSI, tại sao sử dụng kiến trúc Pull up – Pull down
- Tại sao tầng nMOS luôn ở nhánh dưới đấu với GND và pMOS luôn ở nhánh trên đấu với VDD ?
- Tại sao lại gọi tiến trình chế tạo VLSI là CMOS, khái niệm bù trong CMOS là gì ?
- Nêu nguyên lý hoạt động của một cổng tristate, tại sao nói cổng tristate là quan trọng
trong thiết kế mạch VLSI phức tạp ?
- Sắp xếp bố cục layout các cổng là gì ? Tại sao nói nó quan trọng
- Nêu nguyên lý luật layout tuân theo luật λ (lambda) trong thiết kế VLSI, tại sao luật λ lại
rất quan trọng trong thiết kế VLSI ?
- Thế nào là sơ đồ hình que trong thiết kế VLSI ?
- Có những ngôn ngữ mô tả phần cứng phổ biến nào trong thiết kế VLSI ? - Nêu ngắn gọn
luật thiết kế α, Euler trong thiết kế VLSI Bài tập ví dụ :
1) Cho mạch như sau, hãy phục hồi mạch, nó là cổng gì ? A Y GND V DD nMOS transistor pMOS transistor substrate tap well tap
2) Xét một hàm lô-gic có mô tả
Sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng (VHDL, Verilog, …) xây dựng thực hiện hàm F mức
cấu trúc trên (sử dụng biến đổi De Morgan nếu cần thiết cho quy về cấu trúc đảo)
Lựa chọn thiết kế mức transistor MOSFET sử dụng thiết kế đảo và pull up – pull
down.thích hợp thực hiện hàm F.
Phác họa layout của hàm F theo luật lambda và biểu diễn sơ đồ layout hình que.
Hãy tính toán các tham số nỗ lực: gA, gB, gC, gD, và p từ các nỗ lực cơ bản.
3) Thiết kế một RS flip-flop hoạt động ở sườn dương và hoạt động với dạng sóng
a) Thiết kế sơ đồ nguyên lý hoạt động của RS flip-flop như trên ở mức transistor MOSFET
b) Cho dạng sóng CLK và R,S như hình dưới. Hãy vẽ dạng sóng ra các cổng ra Q và Q đảo
của RS flip-flop với tác động của CLK.
Hình 1. Vẽ dạng sóng của RS-Flip flop
Hình 2. Hình vẽ layout của một mạch
4) Cho mạch layout như Hình 2
a) Khôi phục lại sơ đồ mạch mức transistor MOSFET thực hiện mạch
b) Khôi phục lại hàm lô-gic tổ hợp được thực hiện
c) Sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng (VHDL, Verilog, …) xây dựng thực hiện hàm tìm được trong câu b) Chương 3 : Lý thuyết :
- Thế nào là nỗ lực logic, nỗ lực điện của một cổng logic
- Thế nào là trễ của một cổng logic, tại sao xử lý trễ là rất quan trọng trong thiết kế VLSI
- Nêu công thức tính toán của nỗ lực điện, nỗ lực logic và trễ tuyến
- Tại sao nói là phải tối thiểu trễ cần phải thiết kế thêm các cổng INVERTER ? Bài tập