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Asignaturas de grado
Microelectronics (MCRE)
The subject "Microelectronics" has a twofold purpose. On the one hand, is a natural extension of the subject "Design of Electronic Circuits and Systems", mandatory in the second cycle, such that it allows continuing the training of Telecommunication Engineers who want to pursue a specialty in electronics or a good complement to future software engineers who wish to have a more complete system vision (hardware-software). On the other hand, it is sufficiently close to the interest of the "microelectronic" engineers more focused on technologies, processes and devices, addressing requirements of circuits and systems that make use of these technologies.
Indeed, systems engineers attending this course will deepen into the design aspects of "embedded systems", especially digital (application specific integrated circuits, ASICs "), extending training from predifused networks ("gate arrays") or standard-cell based design to full custom design, and supplementing it with vital issues such as test or encapsulated. The emphasis will be on dealing with methods to facilitate the handling of the inherent complexity of these systems.
As regards the "microelectronic" engineers, this course will provide the next step to the device, which will be the focus of the second cycle of the degree. Thus, an engineer who has a good understanding of processes and devices, can understand in depth how the circuits are made from the devices, their features, models, constraints, etc.. This will provide an excellent complement to their main training, while it expands the professional field.
In short, this course aims to provide future designers of hardware or software systems or microelectronic engineers a vision and covering the design aspects of systems to the physical layout, through their circuits and building blocks, mainly focusing on CMOS technology, which is the most used today for the application circuit design. It will also ensure a basic introduction to structures and technological processes necessary in the work of design of integrated circuits.
1. Electronic integrated circuits and systems. (0.2 crd.)
Microelectronics and complexity
Representation of circuits and systems
Design Process
Alternatives and trends
2. Basic devices. The MOS transistor and its models. (0.1 crd.)
3. Basic CMOS manufacturing processes. Design Rules. (0.5 crd.)
4. Basic digital circuits. (1.4 crd.)
Switching Logic
Static and dynamic logic
Combinational and sequential circuits
Memories and array structures
5. Characterization of the circuit: parameters estimation and their limitations. (0.6 crd.)
Resistance capacity
Speed, delay
Excitation of large capacities
Power consumption
6. Digital subsystems. (0.4 crd.)
7. Timing. (0.6 crd.)
Synchronous circuits and self-timed
Generation and distribution of the clock signal
8. Engineering of the chip. (0.4 crd.)
Floorplan (chip planning)
Input-Output Structures
Package
9. Integrated Circuit Test. Design for test. (1.0 crd.)
Ad-hoc techniques
Structured techniques: LSSD, scan, macro-test
10. Designing a complex digital system. (0.8 crd.)
La evaluación de la asignatura se realizará a través de un examen escrito de naturaleza marcadamente práctica. En él el alumno, con o sin la utilización de textos de consulta o apuntes según los casos, deberá resolver problemas, diseños o cuestiones basados en los aspectos desarrollados en clase. Asimismo podrá realizar algunos trabajos prácticos o ejercicios de carácter optativo.
Electronic Foundations of Communication (FELC)
The course is intended to offer a panoramic view, as global as possible, of Electronics and its implications on different society environments. The historic way has been adopted to serve as the conductive thread to introduce and analyse different possible approaches to satisfy social needs. Technical developments and their achievements are to be unveiled, but also reasons for technologies giving way to others. Thus, students should realise that knowledge does not end on what can be achieved with a given technique. So important is knowledge of its limits and how can it be replaced as it reaches its zenith. This approach should the student to be accustomed to learn from history lessons and to realise that history ignorance makes sometimes errors to recur. Another lesson to be learned is, as well, that it is frequently the society which determines the way to follow in spite of technical people predictions.
Birth of Telecommunications. Some steps forward in the 18th and 19th centuries (8 hrs)
The beginning of Electronics. The stage of vacuum tubes. First steps. Television development (5 hrs)
The beginning of a new era: Semiconductors and first devices (8 hrs)
The transistor family. Repercussions in communications and related technologies (7 hrs)
Planar Technology: From Microelectronics to Nanoelectronics (10 hrs)
The Microprocessor: way to and success of miniaturization (6 hrs)
Electronic Systems Design (4 hrs)
Electronics in Communications and Computer Science (5 hrs)
The Optics mergence into Elecronics. Antecedents. Previous technologies. Lasers, optical fibres and communications (7 hrs)
Un examen final, en forma de test, en el que se plantean preguntas de carácter conceptual y aplicado, así como de los hitos fundamentales de la Electrónica y las Comunicaciones. A lo largo del curso, cada profesor podrá indicar trabajos que pueden contribuir a la nota final. El primer día de clase se indicarán detalles al respecto.
Design of Electronic Circuit & Systems (DCSE-4003)
This course (the last one compulsory on electronics) aims to complete the basic formation in electronics of the Telecommunication Engineer. Together with general classic concepts in analog and digital electronics, key issues like design methodologies and tools will also be covered.
After this course, the student should be able to design an electronic system of medium complexity and to evalulate different design alternatives, comparing their advantages and disadvantages, and the trade-offs that have to be achieved.
1. Introduction to Electronic System Design (0.2 credits)
2. Analog Systems Design (2.8 credits)
2.1 Operational Amplifier Fundamentals. Linear Circuits based on ideal Op Amps
2.2 Nonlinear Circuits based on Op Amps.
2.3 Signal Generators: Relaxation Oscillators
2.4 Regulators and voltage reference.
2.5 D-A and A-D Converters.
2.6 Noise in Op Amps.
3. Digital Systems Design (3 credits)
3.1 Design of Sequential Subsystem: concepts, computation of operation frequency, problems and answers (clock skew, metastability...), pipelined architectures
3.2 Design of Asynchronous Circuits
3.3 Design of Combinational Subsystem: concepts, implementation approaches (optimization), technology concerns, problems and answers (e.g. races, glitches...), some arithmetic blocks
3.4 Methodologies and Tools. Design with programmable devices (FPGAs)
Digital Systems II (SDIG II)
Nanotechnology for Information and Communication
Digital Electronic Circuits (CEDG)
The main objective of this course is to obtain a basic level of knowledge in digital electronics and set the stage to perform the analysis and design of complex digital electronic circuits, to be completed in subsequent courses subjects.
The most significant evolution of digital electronics in recent years has been the degree of complexity of the systems that are made with it, from single components to complete systems performing. To address the problem of high complexity has chosen to make a focus on defining new levels of abstraction on classical logic, such as RTL and functional.
In the approach of the program of the course is an introduction part of the electrical and logical levels to focus then the greater weight of the subject in the structural and functional levels, for which introduces the hardware description language VHDL.
Program
1. Introduction (0.1 credits)
Administrivia. Description of the agenda.
2. Fundamentals (0.4 credits)
Logic levels in binary logic. Uploading and downloading capabilities in CMOS. Basic Timing
3. Coding of information and switching algebra (0.7 credits)
Principles numbering. Boolean logic. Axioms and equations. Rendering circuits. Simplification by Karnaugh.
4. Combinational circuits (1 credit)
Simple and complex logic gates. Multiplexers. Miscellaneous Items: encoders and decoders, comparators and operators. ROM, RAM and EPROM.
5. Sequential Circuits (1 credit)
RS Scale. Latches and flip-flops. Records. Accountants. Shift registers.
6. Automata theory (0.6 credits)
Mealy and Moore machines. State machine design.
July. Functional and structural descriptions (0.7 credits)
Functional and structural descriptions. Introduction to VHDL. Descriptions in VHDL. Components on which the synthesis: CPLD and FPGA. Additional examples and exercises
The course assessment is performed by a test that is not allowed the use of books or notes. Its duration is approximately three hours and usually consist of word problems where they show mastery of the knowledge of the subject.
During the development of the course may be you to realize, without notice and in the class period, small tests to be qualified with the following notes: M (mal), R (regular), B (good) and MB (very well) . The results of these tests will be used to decide the final grade where the exam is doubtful between approved and suspense.
Analog Electronic Circuits (CEAN)
This course aims to provide the basic formation on Analog Electronics. In addition, students are
expected to learn and practice the usual tools for fast circuit analysis. Therefore, it is more devoted to
analysis than synthesis or circuit design, which is a matter for more advanced courses (LCEL-3052, DCSE-4003,
and LCSE-4351).
The objectives are:
- To develop approximations which allow fast-and-easy calculations of basic stages and circuits.
- To educate for initial steps in the design of circuits under specifications.
These objectives will be required in order to understand lab measurements and custom design.
I.- Introduction to amplifiers (10 h) (1,0 crd)
Basic amplifier configurations. Small Signal analysis (7 h)
The differential pair. (3 h)
II.- Frequency response in amplifiers. (14 h) (1,4 crd)
Bode Diagrams. (1 h)
Low frequency response. (4 h)
High frequency response. (5 h)
Exercices. (4 h)
III.- Feedback theory. (28 h) (2,8 crd)
Introduction. General feedback theory.(1 h)
Effects on sensitivity, bandwidth and distortion. (1 h)
Basic feedback topologies. (1 h)
Analysis of negative feedback amplifiers. (8 h)
Stability in feedback amplifiers. (7 h)
Sinewave oscillators. (4 h)
Exercices. (6 h)
IV.- Other relevant aspects: the real amplifier (8 h) (0,8 crd)
Offsets (2 h)
Power supply. Voltage and current dinamic range (2 h)
Slew rate and power bandwith (2 h)
Exercices. (2 h)
Electronic Systems (SIEL)
Laboratorio de Sistemas Electrónicos Digitales (LSED)
A) Objetivos competenciales. A.1) Aplicación y consolidación de competencias sobre sistemas basados en microprocesadores. - Diseñar, implementar y probar programas en C o ensamblador: sencillos algoritmos, pequeños drivers de dispositivos, máquinas de estados, etc. que sigan en su conjunto el diseño de alto nivel propuesto en el enunciado. - Programar un sistema de tiempo real (con al menos una interrupción). A.2) Adquisición y aplicación de habilidades sobre programación de sistemas autónomos o empotrados (hardware y software). - Manejar una herramienta integrada de desarrollo (EDColdFire, etc.). - Depurar un programa en C o en ensamblador. A.3) Aprendizaje de aspectos prácticos de diseño realista de alto nivel. - Aplicar una metodología de trabajo basada en la descomposición arquitectural propuesta: implementación modular, prueba modular e integración y prueba incremental. A.4) Aplicación y consolidación de competencias en electrónica analógica y digital. - Aplicación y consolidación de competencias sobre instrumentación electrónica: utilizar el osciloscopio digital / analógico para llevar a cabo medidas (niveles de señal, niveles de ruido, frecuencias de señal, duración de un transitorio, etc.), utilizar la fuente de tensión para alimentar el prototipo y para generar niveles variables de voltaje, utilizar el generador de funciones para caracterizar o probar filtros analógicos, etc. - Implementar y probar prototipos hardware en placa de inserción, en wire-wrapping o en placa de circuito impreso (PCB). A.5) Aprendizaje de aspectos prácticos de índole técnico-profesional. - Manejar un sistema operativo profesional en el nivel de usuario. - Llevar a cabo una adecuada política de copias de seguridad. - Seguir unas normas de codificación de carácter profesional: estructura de un programa, normalización de nombres, política de variables y subrutinas, etc. - Manejar e interpretar manuales profesionales, aprendizaje de algún elemento electrónico nuevo: sensor de temperatura, ADC, etc.). - Planificar el tiempo para lograr acabar la memoria a tiempo. - Planificar el tiempo para lograr acabar el proyecto a tiempo. - Escribir (memoria final) y exponer oralmente un trabajo técnico desarrollado. - Introducir mejoras en el diseño de un sistema electrónico basado en un microprocesador. - Implementar un sistema multi-disciplinar que aplique la electrónica en el campo de las telecomunicaciones (el problema práctico propuesto hace referencia a materias externas a los circuitos electrónicos digitales, analógicos y sistemas electrónicos digitales, pero muy relacionadas: control de motores, tratamiento de señal, comunicaciones digitales, etc.). B) Objetivos cognitivos generales. B.1) Aplicación y consolidación de conocimientos de electrónica analógica y digital previamente adquiridos (en CEAN, CEDG, etc.). - Diseñar sistemas basados en circuitos MSI analógicos o digitales, con cálculos y justificaciones sobre: diseño de filtros con amplificadores operacionales, polarización de diodos y visualizadores, conexión de teclados, etc. B.2) Aplicación y consolidación de los conocimientos sobre sistemas basados en microprocesadores o microcontroladores (adquiridos en SEDG). - Analizar programas y sistemas basados en un microprocesador o un microcontrolador concreto, en lenguaje C o en ensamblador.
Programa Práctica de diseño, implantación y prueba de un sistema electrónico digital basado en Microprocesadores/microcontroladores (3 crd.): -Conocimiento de los equipos de desarrollo: 0,3 crd. -Análisis y diseño del prototipo propuesto (HW y SW): 0,9 crd. -Construcción y prueba del HW.: 0,3 crd. -Codificación y prueba del SW: 1,2 crd. -Prueba de integración final y evaluación del análisis, diseño, implantación y pruebas realizados: 0,3 crd.
La evaluación de la asignatura se basará en dos aspectos: 1) Memoria escrita: se entregará una memoria escrita sobre la práctica realizada (en formato electrónico y en papel). Se valorarán los aspectos siguientes: -Una explicación de cada uno de los bloques que componen el sistema, justificando la solución adoptada y los problemas encontrados durante la implementación. -Presentación de diagramas de bloques en los que puedan apreciarse fácilmente las conexiones del sistema y se destaquen las más importantes (aunque no se respete en ellos la disposición real de patillaje del hardware utilizado). -Explicación de las mejoras realizadas sobre la práctica básica. Listados de software realizado debidamente comentados y estructurados 2) Pruebas orales en las que el alumno mostrará los resultados alcanzados en la práctica (durante el curso de la asignatura y al finalizar la misma) y se le harán preguntas para que demuestre que ha comprendido su funcionamiento. La puntuación conseguida reflejará: -La complejidad de la práctica realizada (especialmente en sus aspectos hardware). -El grado de innovación de los resultados obtenidos. -La calidad de la memoria y el trabajo presentados (incluyendo la estructuración y comentarios del código). -Los conocimientos de la práctica demostrados en las pruebas de evaluación. Aunque pueda parecer obvio, los dos alumnos de la pareja deben dominar todos los aspectos de las prácticas hechas.
Laboratorio de Circuitos Electrónicos (LCEL)
El objetivo fundamental de esta asignatura de Laboratorio es permitir al alumno el desarrollo experimental de los conocimientos de electrónica circuital, tanto analógica como digital, que ha adquirido en los cursos anteriores. En base a ellos, y con la ayuda y supervisión de los profesores de la asignatura, el alumno diseñará, construirá y medirá circuitos reales que cumplan especificaciones razonables para su nivel de conocimientos de electrónica. Igualmente, se comenzará a abordar el desarrollo de nociones básicas de diseño de alto nivel de sistemas más o menos complejos, como aptitud fundamental en la evolución de un ingeniero. El soporte teórico lo ofrecen, fundamentalmente, las asignaturas de Circuitos Electrónicos Analógicos y Circuitos Electrónicos Digitales.
Programa Por su diferente temática, el alumno deberá realizar una práctica en la que se combinan circuitos analógicos y digitales. El enfoque está orientado a la construcción de un sistema más o menos real, pero completo desde el punto de vista de su funcionalidad, y en el que se trata de aportar una visión modular que ayude al alumno en el proceso. Este enfoque eminentemente basado en el diseño se complementará con alguna aportación apoyada en el análisis de circuitos y la justificación de los resultados experimentales obtenidos. El desarrollo del Laboratorio implica el análisis de unas especificaciones, el diseño y/o análisis de los circuitos correspondientes a cada módulo o subsistema planteado, el montaje de aquéllos y la medida sobre el circuito real, comprobando finalmente su correcto funcionamiento de acuerdo con las especificaciones. Opcionalmente, el alumno tiene a su disposición herramientas de análisis y diseño electrónico, tanto analógico como digital, de forma que pueda simular y optimizar el correcto funcionamiento de su circuito a lo largo de la fase de diseño y pruebas del mismo.
La evaluación de la asignatura estará basada principalmente en la realización de un examen oral sobre cada una de las prácticas, así como en la presentación de una memoria explicativa sobre el trabajo realizado. En el examen se harán preguntas sobre el proceso de análisis y síntesis, la problemática encontrada, así como la justificación de las alternativas y soluciones adoptadas.
