Cours et exercices corrigés SCIENCES SUP CONCEPTION DES CIRCUITS VLSI DU COMPOS

Cours et exercices corrigés SCIENCES SUP CONCEPTION DES CIRCUITS VLSI DU COMPOSANT AU SYSTÈME François Anceau Yvan Bonnassieux Master • Écoles d’ingénieurs CONCEPTION DES CIRCUITS VLSI www.biblio-scientifique.net www.biblio-scientifique.net CONCEPTION DES CIRCUITS VLSI Du composant au système François Anceau Professeur au Conservatoire National des Arts et Métiers Yvan Bonnassieux Maître de conférences à l’École Polytechnique www.biblio-scientifique.net © Dunod, Paris, 2007 ISBN 978-2-10-050036-9 Ce pictogramme mérite une explication. Son objet est d’alerter le lecteur sur la menace que représente pour l’avenir de l’écrit, particulièrement dans le domaine de l’édition tech- nique et universitaire, le dévelop- pement massif du photo- copillage. Le Code de la propriété intellectuelle du 1er juillet 1992 interdit en effet expressément la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique s’est généralisée dans les établissements d’enseignement supérieur, provoquant une baisse brutale des achats de livres et de revues, au point que la possibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd’hui menacée. Nous rappelons donc que toute reproduction, partielle ou totale, de la présente publication est interdite sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie (CFC, 20 rue des Grands- Augustins, 75006 Paris).
    

 

 
       
     
     

           
 
   
       
    

     
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 -  Dessin des masques d’une Unité Arithmétique et Logique (UAL) - Voir chapitre 6 Développé par le laboratoire SOC/Lip6 de l’université Pierre et Marie Curie - Paris VI www.biblio-scientifique.net © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. Table des matières CHAPITRE 1 • INTRODUCTION 1 1.1. L’évolution technologique 2 1.2. L’évolution des circuits intégrés 3 1.3. Petit historique de la circuiterie logique 5 1.4. le monde intérieur aux circuits intégrés 6 1.5. L’effort de conception des circuits intégrés 8 1.6. Les langages de conception 10 CHAPITRE 2 • DU SILICIUM À L’INVERSEUR CMOS 13 2.1. Semiconducteurs 13 2.1.1 Semiconducteur intrinsèque 13 2.1.2 Semiconducteur de type N 15 2.1.3 Semiconducteur de type P 15 2.2. Diode/jonction 15 2.3. Capacité MOS 16 2.4. Transistor MOS 19 2.4.1 Courant dans un transistor MOS 20 2.4.2 Cas des transistors P 24 2.4.3 Effets du second ordre 24 www.biblio-scientifique.net VI Conception des circuits VLSI 2.5. L’inverseur CMOS 26 2.5.1 Caractéristique de transfert de l’inverseur 26 2.5.2 Niveaux logiques 32 2.5.3 Inverseur « minimal » 33 2.5.4 Caractérisation dynamique de l’inverseur minimal 34 CHAPITRE 3 • FABRICATION DES CIRCUITS INTÉGRÉS 41 3.1. Introduction 41 3.1.1 Photolithographie optique 42 3.2. Séquence de fabrication d’un inverseur CMOS 44 3.2.1 Fabrication des tranches de silicium 44 3.2.2 Étape 1 : réalisation du caisson N 46 3.2.3 Étape 2 : préparation des zones actives 49 3.2.4 Étape 3 : réalisation des grilles 51 3.2.5 Étape 4 : dopage des zones actives 54 3.2.6 Étape 5 : réalisation des via des contacts 55 3.2.7 Étape 6 : réalisation des connexions en métal 1 56 3.2.8 Étape 7 : réalisation des via métal 1 – métal 2 58 3.2.9 Étape 8 : réalisation des connexions en métal 2 59 3.3. Principes de définition des règles de dessin 61 3.3.1 Les différents types de contraintes 62 3.3.2 Exemples de règles de dessin 63 CHAPITRE 4 • RÉSEAUX DE CONDUCTION ET PORTES 67 4.1. Représentation symbolique des signaux 67 4.1.1 Signaux logiques 67 4.1.2 Chronogrammes 68 4.1.3 Signaux événementiels et de valeur 69 4.1.4 Propreté d’un signal 70 4.1.5 Validation des signaux temporels (horloges) 71 4.2. Le transistor vu comme un interrupteur 72 4.2.1 Imperfections 72 4.3. Réseaux de conduction 73 4.3.1 Logique de conduction 73 4.3.2 Utilisation des réseaux de conduction 75 4.4. Portes logiques 76 4.4.1 Consommation des portes logiques 76 4.4.2 Portes CMOS « classiques » 77 4.4.3 Portes CMOS « non classiques » 80 4.4.4 Portes « 3 états » 85 www.biblio-scientifique.net Table des matières VII © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. 4.5. Logique dynamique 88 4.5.1 Logique Domino 89 4.5.2 Partage de charges 89 4.6. Logique matricielle 91 4.6.1 Matrice de ROM 91 4.6.2 Utilisation des matrices de ROM comme reconnaisseurs/décodeurs 94 4.6.3 PLA-ROM 95 4.6.4 ROM 98 4.6.5 PLA booléen 98 4.6.6 Alimentation pulsée 100 4.6.7 PLA dynamique 100 4.6.8 Optimisation des PLA 103 CHAPITRE 5 • DESSIN DES MASQUES D’UN CIRCUIT INTÉGRÉ 105 5.1. Définition du problème 105 5.2. Conception topologique 106 5.3. Règles symboliques 107 5.3.1 Règles dites « au Lambda » 107 5.3.2 Dessin symbolique sur grille 108 5.4. Couches technologiques et flux d’information 109 5.4.1 Organisation matricielle du dessin des blocs 109 5.4.2 Affectation des flux aux couches technologiques 111 5.5. Dessin des portes CMOS « classiques » 111 5.5.1 Dessin d’un réseau de conduction 112 5.5.2 Dessin des portes classiques 113 5.6. Dessins squelettiques 117 5.7. Dessin des ROM et des PLA 118 5.7.1 Matrices NOR 118 5.7.2 Matrices NAND 119 5.8. Assemblage des macro-blocs d’un circuit 120 CHAPITRE 6 • OPÉRATEURS ARITHMÉTIQUES 121 6.1. Introduction 121 6.1.1 Opérations réalisées 121 6.1.2 Représentation des nombres 122 6.2. Additionneur 122 6.2.1 Réutilisation de l’addition 123 6.2.2 Addition binaire 123 6.2.3 Synthèse d’une cellule d’additionneur 124 www.biblio-scientifique.net VIII Conception des circuits VLSI 6.2.4 Additionneur parallèle 128 6.3. Unité arithmétique et logique (UAL) 130 6.3.1 Calcul du OU-exclusif 130 6.3.2 Calcul du OU 131 6.3.3 Calcul du ET 131 6.3.4 Schéma et dessin de la cellule d’UAL complète 131 6.4. Multiplieur câblé 134 6.4.1 Multiplieur simple 134 CHAPITRE 7 • SYSTÈMES SÉQUENTIELS 137 7.1. Définitions 137 7.1.1 Représentation du comportement des systèmes séquentiels 139 7.2. Systèmes séquentiels asynchrones 139 7.3. Systèmes séquentiels synchrones 140 7.3.1 Réalisation des systèmes synchrones 142 7.4. Systèmes polyphasés 142 7.4.1 Notion de latches 142 7.4.2 Systèmes polyphasés 145 7.5. Systèmes monophasés 153 7.5.1 Bascules 154 7.5.2 Systèmes monophasés 162 7.6. Systèmes mixtes monophasés/polyphasés 168 CHAPITRE 8 • ÉLÉMENTS DE VHDL 171 8.1. Bref historique des langages de description du matériel 171 8.2. Structure d’une description VHDL 173 8.2.1 L’entité 174 8.2.2 L’architecture 174 8.3. Les différents types de description 175 8.3.1 Descriptions structurelles 175 8.3.2 Descriptions fonctionnelles 177 8.3.3 Descriptions procédurales 178 8.3.4 Descriptions mixtes 180 8.4. Types des signaux et des variables 180 8.4.1 Types standard et dérivés 180 8.4.2 Types IEEE 182 8.5. Expressions 183 8.5.1 Attributs des signaux 183 www.biblio-scientifique.net Table des matières IX © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. 8.5.2 Opérateurs 184 8.5.3 Temps de transit 184 8.6. Instructions de connexion conditionnelle 185 8.6.1 Multiplexeurs 185 8.6.2 Logique 3 états et latches 186 8.6.3 Blocs 187 8.7. Comportement temporel des descriptions 187 8.7.1 Intervalle temporel de définition des signaux 187 8.7.2 Cas des dispositifs à temps de réponse très long 188 8.8. Instructions spécifiques aux processus 189 8.8.1 Instructions conditionnelles 189 8.8.2 Instruction de choix 190 8.8.3 Instructions de bouclage 190 8.8.4 Mise en attente d’un processus 191 8.8.5 « Filtrage » des événements lors de l’exécution d’un process 192 8.8.6 Choix du front de déclenchement d’un process 192 8.9. Descriptions « comportementales » 193 8.10. Fonctions 193 8.10.1 Programmation des fonctions 193 8.10.2 Fonctions de résolution de conflits 194 8.11. Packages 194 8.11.1 Mise en œuvre des packages 195 8.12. Duplication et paramétrisation du matériel 195 8.12.1 Structures vectorielles et matricielles 195 8.12.2 Paramétrisation du matériel 196 8.13. Matériel complémentaire 197 8.13.1 Environnement de simulation 197 CHAPITRE 9 • CONCEPTION ALGORITHMIQUE DES CIRCUITS VLSI COMPLEXES 199 9.1. Introduction 199 9.2. Domaines d’application de cette technique de conception 200 9.3. Description du comportement 201 9.3.1 Description du séquencement 201 9.3.2 Choix du compromis coût/performance 203 9.4. Démarche générale de conception 205 9.5. Conception du chemin de données 207 9.5.1 Spécification du chemin de données de la montre 207 9.5.2 Mise sous forme standard des instructions opératives 208 9.5.3 Conception physique du chemin de données 210 www.biblio-scientifique.net X Conception des circuits VLSI 9.6. Architecture temporelle 218 9.6.1 Fonctionnements relatifs du séquenceur et du chemin de données 219 9.7. Conception du séquenceur de la montre 223 9.7.1 Mise en forme de l’algorithme 223 uploads/Science et Technologie/conceptions-des-circuits-vlsi.pdf

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• Publié le Jui 18, 2022
• Catégorie Science & technolo...
• Langue French
• Taille du fichier 8.1467MB