ФГБОУ ВПО

«Воронежский государственный технический университет»

Балашов Ю.С. Сафонов И.А.

Системное проектирование 3D изделий

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2013

УДК 621.396.6

Балашов Ю.С. Системное проектирование 3D изделий: учеб. пособие / Ю.С. Балашов, И.А. Сафонов. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. 102 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы декомпозиции и системного проектирования 3D изделий, методологии их проектирования. Подробно описаны функции, состав и особенности применения типового комплекта разработки при проектировании систем в корпусе.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 211000 «Конструирование и технология электронных средств», магистерской программе 211000.68 «Информационные технологии проектирования электронных средств, выполненных по субмикронной технологии», дисциплинам «Основы проектирования устройств «Система на кристалле» и «Системное проектирование 3D изделий».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2010 и содержится в файле Сафонов 3D.doc

Табл. 11. Ил. 6. Библиогр.: 13 назв.

Рецензенты: ОАО «Концерн «Созвездие»

(д-р техн. наук, начальник научно-

технического управления Н.М.Тихомиров);

канд. техн. наук, проф. Б.В. Матвеев

© Балашов Ю.С., Сафонов И.А., 2013

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный технический университет», 2013

Введение

Постоянно развитее инфокоммуникационной сферы предъявляет к современным изделиям микроэлектронной техники все возрастающие требования, которые, очевидно, невозможно реализовать только технологическим прогрессом и переходом на меньшие проектные нормы.

Интеграция сложно-функциональных блоков в одном изделии, реализуемая системным подходом при построении систем на кристалле (SoC) и системы на ПЛИС (SoFPGA), позволила определить решение проблемы возрастания функциональной сложности проектов, однако до настоящего времени проблема построения систем, использующих разнородные технологические процессы, тормозило это развитие. Качественно новым шагом было объединение принципов системного построения и технологической разнородности сложно-функциональных блоков в одной системе - системы в корпусе. Системы в корпусе (system in package – SiP) в настоящее время представляют собой модульные конструкции, в которых различные сложно-функциональные блоки реализованы в виде отдельных интегральных схем объеденных в одном корпусе.

Учебно-методический комплекс дисциплины «Системное проектирование 3D изделий» содержит:

программу учебной дисциплины;

конспект лекций;

методические указания по проведению лабораторных работ;

перечень рефератов по дисциплине;

методические указания преподавателям, ведущим занятия по дисциплине;

темы вебинаров;

методические указания по самостоятельной работе слушателей;

методические указания слушателям по изучению дисциплины;

цифровые образовательные ресурсы.

1. Программа учебной дисциплины «Системное проектирование 3d изделий»

Программа учебной дисциплины «Системное проектирование 3D изделий» содержит:

1.1. Паспорт программы учебной дисциплины «Системное проектирование 3D изделий»

1.2. Структуру и примерное содержание учебной дисциплины

1.3. Условия реализации программы учебной дисциплины

1.4. Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины

1.1. Паспорт программы учебной дисциплины «Системное проектирование 3D изделий»

Область применения программы

Программа учебной дисциплины является частью профессиональной образовательной программы опережающей профессиональной переподготовки, ориентированной на инвестиционные проекты РОСНАНО по созданию технологического центра 3D сборки с производством электронных наноматериалов и 3D изделий, в части освоения вида профессиональной деятельности: схемотехническое моделирование и топологическое проектирование сверхбольших интегральных систем и соответствующих профессиональных компетенций (ПК).

Место дисциплины в структуре профессиональной образовательной программы

Дисциплина «Системное проектирование 3D изделий» относится к профессиональному модулю «Схемотехническое моделирование и топологическое проектирование сверхбольших интегральных систем».

Для изучения дисциплины «Системное проектирование 3D изделий» слушатели должны владеть основами схемотехники аналоговой электроники, физическими основами микро- и наноэлектроники, основами использования системы автоматизированного проектирования Cadence.

Дисциплина «Системное проектирование 3D изделий» является вводной для дисциплин:

- Проектирование аналоговых устройств для 3D изделий.

- Проектирование цифровых устройств для 3D изделий.

- Проектирование систем в корпусе.

Для изучения данной дисциплины специалист должен владеть знаниям, умениями и профессиональными компетенциями в рамках предшествующих модулей.

Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения дисциплины

Целью дисциплины является теоретическая и практическая подготовка специалистов в области системного проектирования аналоговых, цифровых и аналого-цифровых (смешанных) устройств, модулей, блоков для 3D изделий.

Задачами дисциплины является изучение методологии и маршрутов проектирования цифровых, аналоговых схем и устройств смешанного сигнала.

В дисциплине рассматривается методология проектирования SiP в САПР Cadence; проводится обзор основных этапов проектирования ИС; изучается среда и маршрут проектирования на основе типового комплекта разработки PDK (Generic Process Design Kit) – компоненты, правила разработки, технологические файлы, слои, модели.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций.

Обладание навыками автоматизированного проектирования аналоговых, цифровых и цифро-аналоговых сложно-функциональных блоков СБИС (ПК 8)

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- методологию системного проектирования SiP;

- среду и маршруты проектирования цифровых, аналоговых и смешанных систем;

- состав, структуру и особенности применения типовых комплектов разработки (PDK);

- основы системного моделирования электронных схем, блоков, узлов для 3D изделий;

- системные языки моделирования и языки описания аппаратных средств;

уметь:

- формировать и обосновывать требования как в системе 3D, так и на составные модули;

- проводить автоматизированное проектирование 3D систем;

- моделировать электронные схемы, используя пакеты автоматизированного проектирования и исследования;

- работать с современными пакетами прикладных программ;

- проектировать аналоговые, цифровые и аналого-цифровые устройства для 3D изделий и системы в корпусе;

владеть:

- средой проектирования и системного моделирования;

- навыками автоматизированного проектирования аналоговых, цифровых и цифро-аналоговых сложно-функциональных блоков для 3D изделий;

- навыками работы с современными пакетами прикладных программ, в том числе с пакетами Cadence, владения Design-Kit технологиями.

Рекомендуемое количество часов на освоение учебной дисциплины

Максимальная учебная нагрузка обучающегося - 51 час, в том числе обязательная аудиторная учебная нагрузка обучающегося - 34 часа.

1.2. Структура и примерное содержание учебной дисциплины

Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Количество часов
Максимальная учебная нагрузка (всего)	51
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	34
в том числе:
лабораторные занятия	17
практические занятия	-
контрольные работы	-
Промежуточная аттестация в форме письменной квалификационной работы

Содержание обучения по профессиональному модулю (ПМ)

Таблица 1.1

Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, лабораторные и практические работы обучающихся (если предусмотрены)	Количество часов	Уровень освоения
1	2	2	4
Тема 1.1	Содержание учебного материала	2	3
	Введение в методологию проектирования
Тема 1.2	Содержание учебного материала	2	3
	Задача системного проектирования для SiP. Декомпозиция проекта. Спецификация.
Тема 1.3	Содержание учебного материала	2	3
	Моделирование систем. Стандарты OSCI® TLM 1.0/2.0, IEEE 1850 PSL, и SCE-MI 2.0.
Тема 1.4	Содержание учебного материала	2	2
	Системные языки описания и моделирования аппаратных средств (обзор). SystemC, System-Verilog.
Тема 1.5	Содержание учебного материала	2	3
	Схемотехнический уровень проектирования. Влияние технологического процесса. Схемотехническое моделирование как верификация на соответствие архитектурному уровню. Типы схемотехнического анализа. Методология топологического уровня проектирования. Верификация.
	Лабораторные работы
	Декомпозиция 3D изделия.	8
	Системное моделирование проекта (3D изделия).	9

Продолжение табл. 1.1

1	2	2	4
Раздел 2 Библиотеки проекта
Тема 2.1	Содержание учебного материала	3	2
	Design-Kit разработчика. Библиотеки проекта. Типовой комплект разработки (Generic Process Design Kit). Назначение, состав и структура комплекта. Термины и определения.
Тема 2.2	Содержание учебного материала	2	3
	Состав слоев PDK. Компоненты, правила разработки, технологические файлы, слои, модели.
Тема 2.3	Содержание учебного материала	2	3
	Правила проектирования. Параметры устройств.
	Самостоятельная работа. Рефераты: «Методологии и маршруты проектирования цифровых, аналоговых схем и устройств смешанного сигнала», «Системные языки описания аппаратных средств», «Типовой комплект разработки».	17
	Всего:	51

1.3. Условия реализации программы учебной дисциплины

Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Специализированные лаборатории, оснащенные рабочими станциями с ОС Linux ГОУ ВПО «ВГТУ».

Программное и коммуникационное обеспечение – САПР: Cadence IC5.1.4.1, SPB16.x, IUS8.2, SOC6.2.

Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основная литература:

1. Virtuoso® Spectre® Circuit Simulator Reference. Cadence Design Systems.

2. Virtuoso® Spectre® Circuit Simulator User Guide. Cadence Design Systems.

3. Reference Manual For Generic 90nm Salicide 1.2V/2.5V 1P 9M Process Design Kit (PDK) Revision 4.5. Cadence Design Systems.

4. GPDK 90 nm Mixed Signal GPDK Spec. Cadence Design Systems.

5. Сафонов И.А. Системное проектирование 3D изделий: конспект лекций / И.А. Сафонов. – Воронеж: ВГТУ, 2010.

6. Сафонов И.А. Моделирование аналоговых устройств: конспект лекций / И.А. Сафонов, А.М. Сумин. – Воронеж: ВГТУ, 2010.

7. Сафонов И.А. Схемотехническое проектирование аналоговых устройств: конспект лекций / И.А. Сафонов, А.М. Сумин. – Воронеж : ВГТУ, 2010.

8. Русанов А.В Проектирование топологии аналоговых устройств: конспект лекций / А.В. Русанов, И.А. Сафонов. – Воронеж : ВГТУ, 2010.

Дополнительная литература:

1. Антипенский Р.В. Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств / Р.В. Антипенский, А.Г. Фадин. – М : Техносфера, 2007. – 128 с.

2. Наундорф Уве. Аналоговая электроника. Основы, расчет, моделирование / Уве Наундорф. – М. : Техносфера, 2008. – 472 с.

3. Рабаи Ж.М., Ананта Чандракасан, Боривож Николич. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования: пер. с англ. / под ред. Б. Уилкинсон. – М.: ИД «Вильямс», 2004. – 894 c.

Методическая литература:

1. Сафонов И.А. Системное проектирование 3D изделий: методические указания к лабораторным работам / И.А. Сафонов. – Воронеж : ВГТУ, 2010.

2. Русанов А.В. Среда проектирования аналоговых устройств Cadence.: методические указания к лабораторной работе / А.В. Русанов, И.А. Сафонов. – Воронеж : ВГТУ, 2010.

3. Русанов А.В. Аналоговое моделирование в симуляторе Spectra: методические указания к лабораторным работам / А.В. Русанов, А.М. Сумин. – Воронеж: ВГТУ, 2010.

4. Шеховцев Д.В. Аналоговое моделирование в симуляторе UltraSim.: методические указания к лабораторным работам / Д.В. Шеховцев. – Воронеж : ВГТУ, 2010.

5. Сумин А.М. Схемотехническое проектирование операционных усилителей: методические указания к лабораторной работе / А.М. Сумин, В.С. Тарасов. – Воронеж: ВГТУ, 2010.

6. Кирпичев Г.А. Проектирование топологии аналогового устройства на примере операционного усилителя: методические указания к лабораторным работам / Г.А. Кирпичев, А.В. Русанов, А.М. Сумин. – Воронеж : ВГТУ, 2010.

7. Рубежный контроль текущей успеваемости проходит в виде компьютерного тестирования.

Общие требования к организации образовательного процесса

Для реализации компетентностного подхода при изучении курса используются контекстные, личностно-ориентированные, проблемно-ориентированные и современные информационные технологии обучения, кроме того, используются обучение на основе опыта, обучение в команде и др.

Для лекционного курса разработаны конспекты лекций, презентации по теме и цифровые образовательные ресурсы. В лабораторном практикуме используются индивидуальные задания и консультации высококвалифицированных специалистов. На практических занятиях слушатели выполняют конкретные задания, обсуждают доклады и рефераты.

Кроме того, в рамках учебного курса предусмотрены вебинары с участием ведущих специалистов: ОАО «Концерн «Созвездие», ФГУП «НИИЭТ», ООО «MicroDesign» – дочернего транснационального предприятия «XFAB».

Рубежный контроль текущей успеваемости проходит в виде компьютерного тестирования.

1.4. Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины

Образовательное учреждение, реализующее подготовку по учебной дисциплине, обеспечивает организацию и проведение промежуточной аттестации и текущего контроля демонстрируемых обучающимися знаний, умений и навыков. Текущий контроль проводится преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных работ, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий. Формы и методы текущего контроля по учебной дисциплине самостоятельно разрабатываются образовательным учреждением и доводятся до сведения обучающихся в начале обучения.

Для текущего контроля создаются фонды оценочных средств (ФОС).

ФОС включают в себя педагогические контрольно-измерительные материалы, предназначенные для определения соответствия (или несоответствия) индивидуальных образовательных достижений основным показателям результатов подготовки (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Раздел (тема) учебной дисциплины	Результаты (освоенные умения, усвоенные знания)	Основные показатели результатов подготовки	Формы и методы контроля
1. Системное проектирование	ПК 8	Проектирование SiP в САПР Cadence.	тест
2. Библиотеки проекта	ПК 8	Создание маршрута проектирования на основе типового комплекта разработки PDK (Generic Process Design Kit) (компоненты, правила разработки, технологические файлы, слои, модели).	тест

Оценка знаний, умений и навыков по результатам текущего контроля производится в соответствии с универсальной шкалой (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Процент результативности (правильных ответов)	Качественная оценка индивидуальных образовательных достижений
	балл (отметка)	вербальный аналог
90 ÷ 100	5	отлично
80 ÷ 89	4	хорошо
70 ÷ 79	3	удовлетворительно
менее 70	2	не удовлетворительно