理工学研究科Graduate School of Science and Engineering
ELC500X2(電気電子工学 / Electrical and electronic engineering 500)集積回路特論2Large Scale Integrated Circuit Engineering (Ⅱ)
南部 博昭Hiroaki NAMBU
授業コードなどClass code etc
学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学研究科Graduate School of Science and Engineering |
添付ファイル名Attached documents | |
年度Year | 2022 |
授業コードClass code | YA518 |
旧授業コードPrevious Class code | |
旧科目名Previous Class title | |
開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
曜日・時限Day/Period | 土3/Sat.3 |
科目種別Class Type | |
キャンパスCampus | 小金井 |
教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
配当年次Grade | |
単位数Credit(s) | 2 |
備考(履修条件等)Notes | |
実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
カテゴリーCategory | 電気電子工学専攻 |
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Outline (in English)
授業概要(Course outline)
Consumer electronics such as mobile phones, smartphones, personal computers, and televisions, as well as industrial electronic devices such as Internet servers and switches, are now rapidly evolving. It is an integrated circuit technology to support it.
In this class, we review the basic characteristics of each device used in integrated circuits, and learn about the applications and practical circuits using them. The transistor characteristics are modeled for the Spice Simulator, and the circuit simulation is performed using these models.
By the above, the operation of the application and the practical circuit is understood while actually observing the signal waveform. In the "Large Scale Integrated Circuit Engineering (1)", we learn mainly about bipolar transistors and bipolar integrated circuits, and in the "Large Scale Integrated Circuit Engineering (2)", we mainly study MOS transistors and MOS integrated circuits.
到達目標(Learning Objectives)
By the end of the course, students should be able to do the followings :
(1) To understand basic characteristics of each device used for an integrated circuit.
(2) To understand circuit characteristics of a basic circuit and an application circuit of an integrated circuit.
(3) To understand transistor model for Spice circuit simulation.
(4) To understand the circuit simulation technique using the transistor model.
(5) To understand in-depth circuit characteristics of an integrated circuit by utilizing a simulation.
授業時間外の学習(Learning activities outside of classroom)
After each class meeting, students will be expected to spend one hour to understand the course content.
成績評価の方法と基準(Grading Criteria /Policies)
Your overall grade in the class will be decided based on the following :
In class contribution : 60%.
Short reports : 40%.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的(何を学ぶか)Outline and objectives
スマートフォン、パソコン、テレビ、ゲーム機などの民生用やインターネット・サーバ/スイッチに代表される産業用電子機器は、現在急速に進化しており、それを支えているのが半導体集積回路(IC・LSI)技術である。本授業では、集積回路に使用される各デバイスの基本特性を復習しながら、それらを用いた応用・実用回路について学ぶ。またSpiceシミュレータ用にトランジスタ特性のモデル化を行い、これらのモデルを用いて回路シミュレーションを行う。以上により、応用・実用回路の動作を実際に信号波形を観測しながら理解する。
なお、集積回路特論1では、バイポーラ・トランジスタとバイポーラ集積回路を中心に学び、集積回路特論2では、MOSトランジスタとMOS集積回路を中心に学ぶ。
到達目標Goal
(1)MOS集積回路に使用される各デバイスの基本特性を理解する。(2)MOS応用・実用回路の基本動作を理解する。(3)Spiceシミュレータ用MOSトランジスタモデルを理解する。(4)MOSモデルを用いた回路シミュレーション手法を理解する。(5)シミュレーションを活用し、MOS応用・実用回路の詳細な動作や特性を理解する。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか(該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連)Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」「DP2」「DP3」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)(学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. )
最初に、集積回路に使用されるMOSトランジスタの構造と特性を復習し、トランジスタのモデル化を行う。また、このモデルを用いてSpiceシミュレーションを行い、モデルパラメータとトランジスタ特性の関連を解析する。次に、アナログおよびディジタルMOS集積回路について学び、回路シミュレーションを行う。ここでは、トランジスタ特性、温度、電源電圧が回路特性に与える影響を解析する。さらに、モンテカルロ解析によりプロセスばらつきの影響についても考察する。最後に、超高集積MOSメモリLSI回路を例題に、最新のLSI回路について説明する。また、最新の半導体ビジネスを概観するために、LSI市場およびLSI価格と製造コストについても解説する。
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※本授業の講義は、一部をオンライン(Zoom)で行います。教材(講義で使用するスライド、参考資料等)は、学習支援システムからダウンロードできます。
アクティブラーニング(グループディスカッション、ディベート等)の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク(学外での実習等)の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching:対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]:半導体集積回路の概要
半導体集積回路の概要
第2回[未定/undecided]:MOSトランジスタ(1)
MOS Trsの構造と特性
第3回[未定/undecided]:MOSトランジスタ(2)
MOS Trsのモデル化(BSIM3モデル等)とSPICEシミュレーション
第4回[未定/undecided]:MOSディジタル回路(1)
MOS-FETの種類と動作モード、MOS-FETの回路モデル、MOS回路の基礎
第5回[未定/undecided]:MOSディジタル回路(2)
MOSインバータの直流特性、MOSインバータのスイッチング特性
第6回[未定/undecided]:MOSディジタル回路(3)
EE/ED回路、CMOS回路、Bi-CMOS回路、スタティック回路とダイナミック回路、メモリ回路
第7回[未定/undecided]:MOSディジタル回路(4)
MOSディジタル回路のSPICEシミュレーション
第8回[未定/undecided]:MOSアナログ回路(1)
ソース接地増幅回路、定電流/定電圧回路、差動増幅回路、MOS演算増幅器
第9回[未定/undecided]:MOSアナログ回路(2)
フィルタ回路(スイッチト・キャパシタ等)、A-D/D-A変換回路、無線通信回路(AMP、ミクサ、VCO等)
第10回[未定/undecided]:MOSアナログ回路(3)
MOSアナログ回路のSPICEシミュレーション
第11回[未定/undecided]:MOS回路のレイアウト
MOS回路のレイアウトおよび寄生MOSと保護回路
第12回[未定/undecided]:素子ばらつきと回路特性
素子ばらつきとモンテカルロ解析
第13回[未定/undecided]:応用例
超高集積MOSメモリLSI回路
第14回[対面/face to face]:最新半導体ビジネス
LSI 市場およびLSI 価格と製造コスト
授業時間外の学習(準備学習・復習・宿題等)Work to be done outside of class (preparation, etc.)
本講の受講者は、学部で電気回路または電子回路について履修していることが望ましいが、授業では適宜基礎から説明するので、必ずしも必要ではない。なお、本授業の準備・復習時間は、各1時間を標準とします。
テキスト(教科書)Textbooks
特に指定しない。
参考書References
(1)永田穰、柳井久義著「新版 集積回路工学(1) プロセス・デバイス技術編」(コロナ社)
(2)永田穰、柳井久義著「新版 集積回路工学(2) 回路技術編」(コロナ社)
(3)神崎康宏著「電子回路シミュレータLTspice入門編」(CQ出版社)
(4)R.J.Baker, "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation", John Wiley & Sons, Inc.
成績評価の方法と基準Grading criteria
平常点(授業への参加度および授業中の質疑応答)およびレポート課題(上記到達目標の達成度)で評価する。
なお配分は、平常点:レポート課題=60%:40% とする。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
Spiceによるシミュレーションが好評のため、引続き実施する。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
授業では、講義関連HP(動画を含む)の視聴や回路シミュレーション等のために適宜各自のノートPCを使用する。
その他の重要事項Others
全講義、講義資料(動画を含む)をスクリーンに表示またはZoomの画面共有機能でパソコン画面に表示しながら行う。