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Responsable(s) Nicolas Constantin

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École de technologie supérieure
Département de génie électrique
Responsable(s) de cours : Nicolas Constantin


PLAN DE COURS

Automne 2015
SYS861 : Sujets spéciaux I : génie électrique (3 crédits)
MICROÉLECTRONIQUE ANALOGIQUE



Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Sujets d'intérêt majeur dans le domaine du génie électrique et familiarisation avec les derniers développements technologiques dans un ou plusieurs domaines de pointe. Sujets particuliers dans différentes spécialités du génie électrique, dont :

- Microélectronique analogique

- Planification et analyse statistique d’expériences

Les cours offerts varient selon les sessions.



Objectifs du cours
  1. Savoir appliquer des techniques rigoureuses d’analyse et de conception de circuits analogiques dans les technologies Si-CMOS et Si-BJT.
  2. Comprendre les aspects du fonctionnement des composants semi-conducteurs qui permettent à l’ingénieur concepteur de différencier entre des technologies variées pour l’intégration sur puce, d’interpréter leurs paramètres caractéristiques afin qu’il puisse faire le choix d’une technologie appropriée pour l’application concernée, et s’assurer d’une conception optimale.
  3. Comprendre les structures physiques de base des composants actifs et passifs en technologie Si-BiCMOS, et se familiariser avec des concepts de base propres aux procédés de fabrication de puces.
  4. Se familiariser avec les règles typiques de conception et de routage des circuits intégrés analogiques en technologie Si-BiCMOS.
  5. Se familiariser avec les techniques d’encapsulation.
  6. Se familiariser avec les outils de conception des logiciels CADENCE pour la simulation de circuits analogiques et le routage manuel de puces.
  7. Se familiariser avec la conception d’un circuit intégré analogique, incluant les étapes de conception, de simulation, de routage manuel et de vérification.



Stratégies pédagogiques

 

- Trois (3) heures de cours magistral par semaine

- Projet de session:

1. Travail analytique de conception d’un circuit CMOS parmi une liste qui sera

    proposée par le professeur

ou

          2. Sur approbation du professeur: (pour les étudiants inscrits dans un

              programme d’études à forte concentration de recherche) conception d’une puce

              analogique sur ordinateur (simulation et tracé de la puce).

- Périodes d’encadrement par le professeur ou le chargé de travaux dirigés pour faire le suivi sur le

  projet de session

- Pour les étudiants effectuant la conception de puce sur ordinateur : travaux dirigés de simulation et de

  routage manuel avec les logiciels CADENCE (15 heures)




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Nicolas Constantin Activité de cours nicolas.constantin@etsmtl.ca A-2579



Cours
  1. Introduction

1.1 Aperçu de l’évolution des circuits intégrés analogiques

1.2 Aspects particuliers de la conception sur puce

  1. Notions préliminaires en préparation pour le projet de session, pour le travail analytique de conception et la conception de puces analogique

2.1  Structure physique des composants semi-conducteurs propres à la technologie CMOS

abordée dans le cours

2.2  Librairies de composants actifs et passifs et cellules paramétriques

2.3  Routage et interconnexion

2.4  Logiciels de simulation et de routage (CADENCE)

2.5  Cycle de simulation, de routage, et de vérification

  1. Orientation sur certaines notions critiques d’analyse de circuits et de systèmes, en préparation pour le projet de session

3.1 Méthodes d’analyse de circuits linéaires fonctionnant à basse fréquence

3.2 Modèles linéaires pour les circuits fonctionnant à hautes fréquences

3.3 Méthodes d’analyse de circuits faiblement non linéaires

3.4 Méthodes d’analyse du bruit dans les circuits linéaires

3.5 Analyse de blocs de circuits modulaires qui se rattachent aux projets de conception

suggérés par le professeur

  1. Analyse de circuits modulaires spéciaux couramment utilisés dans les circuits intégrés analogiques CMOS et BiCMOS

4.1   Circuits de protection contre les décharges électrostatiques

4.2   Circuits de charge active

4.3   Circuits de polarisation à miroir de courant

4.4   Régulateurs de tension à haute réjection de perturbations

4.5   Circuit régulateur de tension de type ‘Band-Gap’

4.6   Circuits échantillonneurs

4.7   Convertisseurs numérique-analogique

4.8   Amplificateurs opérationnels

4.9   Amplificateur à faible bruit

4.10 Amplificateur à faible distorsion

4.11 Amplificateur haute fréquence

4.12 Multiplicateurs analogiques de type Gilbert

4.13 Mélangeurs de fréquence

4.14 Oscillateurs

4.15 Détecteurs de phase

4.16 Plaquettes pour la caractérisation et les essais de puces analogiques

  1. Notions de semi-conducteurs pertinentes à la conception de circuits intégrés analogiques

5.1  Le fonctionnement des diodes et des transistors MOS, FET, BJT, HBT, MESFET, et HEMT

selon les modèles simplifiés de contrôle du déplacement des charges

5.2  Effets du dopage, de la mobilité des électrons, et des paramètres intrinsèques du

transistor sur les performances électriques

5.3  Étude des structures de différents types de transistor en technologies variées de

semi-conducteurs (Si-BiCMOS, SiGe-BiCMOS et autres), et leurs implications sur les

performances des circuits analogique

5.4   Considération des paramètres électriques critiques des composants actifs pour le choix

optimal d’une technologie : transconductance, gain, fréquence de coupure, génération du bruit, avalanche et claquage, linéarité, effets du substrat (‘Body Effect’)

5.5   Structures passives sur puce et méthodes de mise à la terre

5.6   Effets reliés aux très faibles dimensions ; l’effet ‘short channel’ d’un transistor MOS

5.7  Revue des paramètres électriques des transistors MOS et BJT, en relation avec les notions

de semi-conducteurs et fonction des applications visées :haute intégration;

haute fréquence; haute tension; haute efficacité énergétique

5.8   Paramètres et caractéristiques électriques des dispositifs du procédé CMOS-0.18um.

  1. Modèles électriques des transistors Si-CMOS et Si-BiCMOS

6.1 Modèles électriques des diodes et des transistors MOS et BJT en régime petit signal,

       en relation avec leurs structures physiques

6.2 Modèles électriques aux hautes fréquences

6.3 Modèles dérivés de SPICE

6.4 Analyse de circuits appliquée aux modèles électrique

  1. Notions de base sur le processus de fabrication des circuits intégrés analogiques et les technologies spécifiques pour les procédés Si-CMOS et Si-BiCMOS

7.1 Fabrication des gaufres; croissance en épitaxie; principe de diffusion; principe

      d’implantation par faisceau d’ions; couches déposées par vapeur; photolithographie

7.2  Méthodes de test des éléments actifs et passifs sur puce

7.3  Données de contrôle de procédés (‘PCM’); sensibilité; rendement.

7.4  Techniques d’encapsulation

7.5  Méthodes de test en production à grande échelle

7.6  Choix des fonderies (critères de sélection; support d’ingénierie)




Laboratoires et travaux pratiques

 

Travaux à remettre

  • Deux devoirs (travaux individuels)
  • Un rapport de projet de session (travail individuel)



Évaluation

 

Activité Description % Date
  Devoirs (2 devoirs; travaux individuels) 15 %  
  Projet de session (travail individuel) 20 %  
  Examen durant la session 35 % Lundi 2 novembre 2015
  Examen final 30 %  



Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés à l’article 6.5.2 du Règlement des études, se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Aucun travail en retard ne sera accepté.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Chapitre 8 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de cycles supérieurs » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier ! http://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/regl_etudes_sup.pdf



Documentation obligatoire

 

1.   Behzad Razavi, Fundamentals of Microelectronics, 2nd edition, John Wiley & Sons, 2014 (disponible à la coop-éts).

Diapositives du cours: figures et formulations prisent de la référence obligatoire.

Remarque : les diapositives servent de support didactique durant les séances de cours, et de guide pour la lecture de sections choisies dans le manuel obligatoire pour le cours ; mais la lecture des sections correspondantes tout au long du cours dans le manuel obligatoire est essentielle.




Ouvrages de références

Références recommandées :

 

2.   Paul R. GRAY, Paul J. HURST, Stephen H. LEWIS, and Robert G. MEYER, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley & Sons, 5ème éd., 2009 (ou 4ème éd., 2001, disponible à la bibliothèque de l’ÉTS).

 

3.   Richard C. Jaeger, Introduction to Microelectronic Fabrication (Modular Series on Solid State Devices), Volume V, Prentice Hall, 2ème éd., 2002




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

http://plan-de-cours.etsmtl.ca/SYS861.pdf