DECANATO DE INGENÍERA E INFORMATICA INFORMÁTICA

DECANATO DE INGENÍERA E INFORMATICA
E
scuela de Ingeniería
INFORMÁTICA
PROGRAMA
ASIGNATURA
CODIGO
CREDITOS
ELABORADO
VIGENCIA
DE
ASIGNATURA
: DISEÑO DIGITAL CON LENGUAJE DE HARDWARE II
: TEC-641
: 03
: YRVIN RIVERA
: ENERO, 2010
INTRODUCCIÓN:
Este programa se ha elaborado con el propósito de proveer al estudiante las destrezas y
conocimientos de proyectos de sistemas digitales, basados en microprocesadores comerciales y
sus familias. Esta asignatura es una magnifica oportunidad para que el estudiante pueda aplicar
todos los conocimientos adquiridos en el área digital en la elaboración de proyecto de un
controlador industrial o comercial, el cual resuelve un problema en el mundo real.
OBJETIVOS GENERALES:
-
Estudio de las distintas alternativas para el diseño de circuitos integrados de aplicación
específica.
Análisis de las estrategias de diseño digital CMOS de circuitos combinacionales y secuenciales
síncronos y asíncronos.
Análisis de las técnicas empleadas para facilitar el test en los circuitos integrados.
Estudio de las diferentes metodologías de diseño.
Modelado de circuitos digitales con VHDL para simulación y síntesis.
Análisis de técnicas de diseño analógico.
Manejo de herramientas de diseño electrónico: capturadores de diseño, simuladores,
sintetizadores, etc.
Unidad 1. Aspectos generales sobre diseño microelectrónico.
Introducción a los circuitos integrados de aplicación específica. Introducción a los diseños ASIC's.
Evolución. Evolución histórica de los circuitos integrados. Estado actual. Tipos de diseños ASIC's.
Alternativas para el diseño de ASIC's. Estrategia de diseño. Estrategia de diseño estructurado.
Jerarquía. Regularidad. Modularidad. Localidad. Alternativas de diseño de CI's CMOS. Lógica
programable. Estructuras lógicas programables. Interconexiones programables. Arrays de puertas
reprogramables. Diseño con Sea of Gates y Gates Arrays. Diseño con Standard_Cell. Diseño
Full_custom.
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Unidad 2. Estructuras lógicas CMOS.
El inversor CMOS. Definición y propiedades. Comportamiento estático y dinámico. Consumo de
potencia. Diseño CMOS estático. Lógica CMOS complementaria. Lógica Ratioed. Lógica de
transistores de paso. Lógica pseudo-nMOS. Diseño CMOS dinámico. Principios básicos de la lógica
dinámica. Consideraciones de ruido en la lógica dinámica. Puertas dinámicas en cascada. Lógica
dominó.Lógica domino NP. Consumo de potencia en puertas CMOS. Factor de actividad, Glitches.
Diseño CMOS de bajo consumo. Tecnología BiCMOS. Inversor BiCMOS. Características DC.
Características en conmutación. Comparación de las prestaciones CMOS versus BiCMOS.
Unidad 3. Diseño de subsistemas digitales.
Diseño de bloques aritméticos. El sumador binario. Tipos de sumadores: ripple-carry, carrybypass, carry-select lineal, carry-select raiz cuadrada y carry-lookahead. El multiplicador.
Multiplicador en array. Multiplicador carry-save- Multiplicador Radix-4. Multiplicador árbol de
Wallace. Multiplicador serie. Registros de desplazamiento. Restadores y comparadores. Diseño de
memorias y arrays de estructuras. PLA’s
Sistemas
síncronos.Circuitos
secuenciales
estáticos. Clasificación delos biestables. Biestables estáticos CMOS. Circuitos secuenciales
dinámicos. Latch pseudo-estático. Biestables dinámicos de dos fases. Biestable C2MOS. NORA
CMOS para arquitecturas segmentadas. Circuitos secuenciales no biestables. Monoestables y
Aestables. Temporización de sistemas. Distribución de la señal de reloj. Desajuste de la señal de
reloj. Estrategias de sincronización. Circuitos de una fase de reloj. Circuitos de dos fases de reloj.
Metaestabilidad y fallos en la sincronización..Técnicas para controlar el desajuste de la señal de
reloj. Diseño asíncrono. Circuitos autotemporizados. Generación de las señales de finalización.
Señalización en los circuitos autotemporizados.
Unidad 4. Metodologías y herramientas para el diseño de sistemas digitales.
Metodologías de diseño. Metodología ascendente y descendente. Codiseño. Herramientas de
diseño. Lenguaje VHDL. Modelos del hardware: estructura, concurrencia y tiempo. Mecanismos
de simulación de VHDL. Unidades básicas de diseño. Entidad. Arquitectura. Configuración.
Paquetes. Bibliotecas. Objetos. Tipos de datos. Operadores. Elementos léxicos. Atributos.
Sentencias secuenciales. Sentencias concurrentes. Subprogramas. Ejemplos.
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Unidad 5. Alternativas para el diseño de circuitos integrados.
Introducción. FPGAs de Xilinx. Características comunes. Estructura interna. Memoria de
configuración. Bloques de entrada/salida (IOB's). Bloques de lógica configurable (CLB's). Red de
interconexiones programables. Programación de la FPGA. Conexión en cascada de varias FPGA's.
Familia SpartanIIE y Virtex. Comparación entre las familias, CPLD’s. Familias de Altera. ASICs
específicos y semiespecíficos. ASICs basados en Gate Array. Estructuras. ASIC basados en Standart
Cell. Estructuras.
Unidad 6. Síntesis de VHDL para FPGAs.
Modelado para simulación frente a modelado para síntesis. Aplicación de VHDL en síntesis.
Restricciones sintácticas y semánticas. Síntesis RT-lógica. Modelado y diseño de sistemas a nivel
RT. Descripciones VHDL de circuitos combinacionales. Descripciones VHDL de circuitos
secuenciales. Paquete de síntesis P1076.3. Recomendaciones generales. Síntesis de VHDL para
FPGAs. Técnicas de diseño a nivel RT.
Unidad 7. Diseño de sistemas analógicos.
Subsistemas basados en A.O. Sistemas de adquisición de datos. Filtros de capacidades
conmutadas. Moduladores y multiplicadoes analógicos. Osciladores. PLLs. Ejemplo de diseño
analógico y digital. Extensión del lenguaje VHDL para el modelado de sistemas analógicos (VHDLAMS).
Unidad 8. El test en los circuitos integrados.
La importancia del test. Fallos. Fiabilidad. Modelos de fallos. Fallos físicos. Modelo de fallos Stuckat. Fallos lógicos. Simulación de fallos. Simulación de fallos serie, paralela, concurrente, no
determinista. Generación automática de secuencias de test. El algoritmo D. El algoritmo PODEM.
Controlabilidad y observabilidad. Técnicas Ad-hoc.Test de análisis. LSSD. Técnicas de autotest.
LFSR. MISR Análisis de firmas.Boundary Scan. Registros del BST. Decodificador de instrucciones.
Controlador TAP y del BS.
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METODOLOGÍA:
Al inicio del experimento el Instructor-profesor se asegura de que el estudiante haya leído y
comprendido las instrucciones y contenido del experimento en las Guías-manuales de prácticas.
Aclarar las dudas de los estudiantes y los divide en grupos de trabajo, entregando los equipos y
componentes.
Supervisa la participación activo de los estudiantes y revisa los resultados obtenidos en cada
experimento.
EVALUACIÓN:
Sigue la Metodología establecida por UNAPEC:
1ra. Evaluación parcial:
Examen escrito
Proyectos
2da.Evaluación parcial:
Examen escrito
Proyectos y practica
Prueba Final
Total
35 puntos
20 puntos
15 puntos
35 puntos
20 puntos
15 puntos
30 puntos
100 puntos
BIBLIOGRAFÍA:
J.M. Rabaey, "Digital Integrated Circuits : A Design Perspective", Prentice Hall, 1996-2003(2ª ed.)
Neil H. E. Weste and Kamran Eshraghian. "Principles of CMOS VLSI Design". Ed. Addison_Wesley,
1993.
Xilinx. "The programmable Logic. Data Book". www.xilinx.com.
Lluis Terés. Yago Torroja. Serafin Olcoz. Eugenio Villar. "VHDL Lenguaje estándar de diseño
electrónico". Ed. MaGrawHill. 1998.
Fernando Pardo y José A. Boluda. "VHDL. Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos". Ed.
RAMA.1999.
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A.J. Acosta, A. Barriga, M.J. Bellido, J. Juan y M. Valencia. "Temporización en circuitos integrados
digitales CMOS". Ed. Marcombo. 2000.
Randall L. Geiger, Phillip E. Allen and Noel R. Strader. "VLSI, Design tecniques for analog and digital
circuits". Ed. McGrawHill, 1990.
“Principios del diseño digital”, Daniel D. Gajski, Ed. Prentice may, 2000
“Synthesis and optimization of Digital Circuits", G. De Micheli, McGraw-Hill, 1994
N. Jha, S. Gupta. “Testing of digital systems”. Cambridge University Press, 2003.
M.J. Smith. “Application-specific integrated circuits”. Addison-Wesley, 1997.