Université du Québec en Outaouais Département d'informatique et d'ingénierie
Sigle : GEN6093  Gr. 01
Titre : Conception avancée des microsystèmes intégrés
Session : Automne 2016  Horaire et local
Professeur : Lakhssassi, Ahmed
1. Description du cours paraissant à l'annuaire :

Objectifs

Permettre aux étudiants de maîtriser les connaissances nécessaires pour concevoir et développer des microsystèmes intégrés, ainsi que d'approfondir leurs connaissances sur les techniques de pointe de conception et de prototypage rapide.

Contenu

Conception des microsystèmes intégrés à très grande échelle et maîtrise de toutes les étapes de conception. Transistor MOS: construction, fonctionnement, analyse simplifiée, modèle physique détaillé, phénomènes secondaires et modèles SPICE. Logique, technologie et procédé CMOS. Réduction de l'échelle et évolution technologique. Circuit VLSI, LAIC, WSI et SoC. Méthodes de conception. Conception de circuits intégrés: circuits logiques et analogiques, analyse mathématique et simulations. Convertisseurs A/N et N/A. Considérations pratiques d'intégration et de réalisation de circuits mixtes (numérique/analogique). Intégration des microsystèmes de capteurs intelligents. ASIC. Approche Top Down. Conception, simulation et synthèse de circuits et modules logiques à l'aide du langage de description matérielle. Prototypage rapide. Réalisations de projets d'intégration avec les outils de conception assistée par ordinateur du plus haut niveau (ex. Matlab/Simulink) jusqu'au plus bas niveau (ex. Cadence).
2. Objectifs spécifiques du cours :
À la fin du cours l'étudiant :
  • pourra faire de la conception avancée des microsystèmes intégrés sur puce et d'en réaliser un prototype sur support programmable;
  • maîtriser toutes les étapes du flot de conception des circuits VLSI;
  • pourra utiliser une collection d'outils de conception assistée par ordinateur permettant de
  • Développer l'intuition sur ce qu'est réellement un système numérique, c'est-à-dire l'interaction entre les entrées, les sorties, les états et la synchronisation des signaux ;
  • Développer l'habilité à concevoir des circuits séquentiels synchrones de type contrôleur ;
  • Améliorer ses connaissances sur les systèmes modulaires et les problématiques d'interconnexion entre modules (notion de GlueLogic) ;
  • Mettre en pratique ces habilités en développant des systèmes numériques à l'aide de composants programmables ;
  • Développer ses capacités d'abstraction et de conception à haut niveau ;
  • Appliquer les méthodes de conceptions aux systèmes programmables ;
  • Se familiariser avec les notions de Prototypage rapide, vérification matérielle, placement et routage en conception des systèmes digitaux programmables dans l'environnement Xilinx ou Altera.
  • Aura appris à déterminer la pertinence de réaliser un circuit intégré programmable;
  • Connaîtra les critères de sélection d'une méthode de conception;
  • Connaîtra les concepts de base de la conception pour la testabilité DFT et du Design Reuse.

Logiciels utilisés : Synopsys et Cadence, ou Xilinx et Altera avec leurs outils de synthèse et de P&R.

3. Stratégies pédagogiques :
Les formules suivantes seront utilisées :
  1. Cours magistral (une période par semaine appuyée par des travaux pratiques au laboratoire).
  2. Travaux pratiques (intégrés dans les séances de cours) incluant un projet de conception de CI à réaliser en équipe.
  3. Lecture personnelle (Chapitres de livres et "Tutorials").

La chronologie des séances de laboratoires sera disponible sur le site Moodle du cours.

En résumé, le cours consiste en :

  • 39 heures de leçons magistrales appuyées par des travaux pratiques au laboratoire
  • 6 heures d'examens

Total : 45 heures

Les laboratoires pratiques sont intégrés dans les séances de cours.

*La date des présentations peut être déplacée selon les disponibilités.

4. Heures de disponibilité ou modalités pour rendez-vous :
Sur rendez-vous.
5. Plan détaillé du cours sur 15 semaines :
Semaine Thèmes Dates
1    INTRODUCTION GÉNÉRALE AUX MICROSYSTÈMES INTÉGRÉS 06 sept. 2016 
2    LANGAGE DE PROGRAMMATION MATÉRIEL VHDL ET SYNTHÈSE 13 sept. 2016 
3    MODÈLES DE TRANSISTORS MOS

Laboratoire I : Simulation et synthèse avec VHDL

20 sept. 2016 
4    FLOT DE DESIGN NUMÉRIQUE CIRCUIT SEMI-DÉDIÉ

Laboratoire II : Introduction à Cadence

 27 sept. 2016 
5    SYNTHÈSE PHYSIQUE

Laboratoire III : Placement et routage circuit mono-puce

 04 oct. 2016 
6    SEMAINE D'ÉTUDES 11 oct. 2016 
7    EXAMEN DE MI-SESSION 18 oct. 2016 
8    LAYOUT DESIGN (DESSIN DES MASQUES)

Laboratoire IV: Dessin des masques

 25 oct. 2016 
9    FLOT DE DESIGN DES SYSTÈMES RADIO-FRÉQUENCES SUR PUCE (RF-SiP)

Laboratoire V : Familiarisation avec Cadence et Flot de design RF-SiP

 01 nov. 2016 
10    FLOT DE DESIGN DES SYSTÈMES RADIO-FRÉQUENCES SUR PUCE (RF-SiP) suite

Laboratoire VI : Module RF-SiP

 08 nov. 2016 
11    WSN-MONITORING

Laboratoire VII: Packaging RF-SiP

 15 nov. 2016 
12    PLATEFORME Crossbow 22 nov. 2016 
13    PRÉSENTATION DU PROJET DE CONCEPTION 29 nov. 2016 
14    PRÉSENTATION DU PROJET DE CONCEPTION (suite) 06 déc. 2016 
15    EXAMEN FINAL 13 déc. 2016 
6. Évaluation du cours :
  • Travaux pratiques et projet 30 % (Dans le cas de non disponibilité des outils Cadence et Synopsys les laboratoires seront remplacés par un travail équivalent sur les plateformes Xilinx ou Altera)
  • Examen de mi-session 30 %
  • Examen final 40 %

Il faut obtenir une moyenne minimale de 50 % aux travaux pratiques pour que les notes des travaux comptent.

Attention : La présence aux cours est obligatoire. Trois absences ou plus mèneront à un échec automatiquement.

7. Politiques départementales et institutionnelles :
8. Principales références :
  1. "Conception et vérification des circuits VLSI", Éditions de l'École Polytechnique de Montréal, Yvon Savaria, 1988.
  2. Documents pour les cours 3.583, ELE6304 et ELE6305.
  3. Manuel d'exercice, Cours de VLSI, A. Belhaouane, N. Bélanger, Y. Savaria et A. Boubguira.
  4. "The VHDL Cookbook", Peter J. Ashenden, 1990.
  5. Analog VLSI Circuits for the Perception of Visual Motion Alan A. Stocker ISBN: 978-0-470-85491-4 Hardcover 242 pages May 2006. Wiley.
  6. Introduction to VLSI Circuits and Systems, John P. Uyemura , ISBN: 978-0-471-12704-8, 656 pages, August 2001. Wiley.
  7. Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits , Chenming C. Hu , ISBN-10: 0136085253, ISBN-13: 9780136085256, Prentice Hall, 2010, 384 pp, 03/22/2009
  8. VHDL for Engineers , Kenneth L. Short, University of New York-Stony Brook , ISBN-10: 0131424785, ISBN-13: 9780131424784, Prentice Hall, 2009, 720 pp, 04/09/2008
  9. A Designer's Guide to VHDL Synthesis, Ott, Douglas E., Wilderotter, Thomas J., Kluwer Academic Publishers, v. 4, no. 1, November 2007, ISBN:9780792394723, 340 pages.

Quelques bons titres sur les systèmes numériques :

  1. 1. David J. Comer, "Digital logic and state machine design", 3e Edition, New York : Oxford University Press, c1995, ISBN 0195107233, Pages : 573.
  2. Digital Design : Principles and Practices, Wakerly, John F. ISBN 10 : 0131863894 / ISBN 13 : 9780131863897, 2005.
  3. CMOS VLSI Design : A Circuits and Systems Perspective, 3/E , Neil Weste, Macquarie University and The University of Adelaide , David Harris, Harvey Mudd College , ISBN-10 : 0321149017, ISBN-13 : 9780321149015, Addison-Wesley, 2005, 800 pp.
  4. Digital Principles and Design with CD-ROM, 1st Edition, Donald D. Givone, SUNY BUFFALO 2003, ISBN-13 9780072551327. Mc-Graw Hill.
  5. Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design with CD-ROM, 3rd Edition.
  6. Stephen Brown, Associate Professor, Dept. of Electrical & Computer Engineering, University of Toronto, Zvonko Vranesic, Professor, Dept. of Electrical & Computer Engineering & Computer Science University of Toronto, 960 pages 2009, ISBN-13 9780077221430. Mc-Graw Hill.
  7. Contemporary Logic Design, 2/E, Randy H. Katz, Gaetano Borriello, ISBN-10: 0201308576, ISBN-13 : 9780201308570, Prentice Hall, 2005, Paper; 608 pp.
  8. Fundamentals of Logic Design, 5th edition, Charles H. Roth, 2001, Thomson Learning, ISBN:0534378048.
  9. Computer Systems Design and Architecture, 2/E, Vincent P. Heuring, Harry F. Jordan, Boulder, ISBN-10 : 0130484407, ISBN-13 : 9780130484406, Prentice Hall, 2004, Paper; 608 pp.
  10. Application Specific Integrated Circuits, Michael John Sebastian Smith, Addison-Wesley, 1026 pp, August 1997, ISBN13 : 9780201500226, ISBN10 : 0-201-50022-1.
  11. A Designer's Guide to VHDL Synthesis, Ott, Douglas E., Wilderotter, Thomas J., Kluwer Academic Publishers, v. 4, no. 1, November 2007, ISBN :9780792394723, 340 pages.
  12. Logic Synthesis Using Synopsys, Pran Kurup and Taher Abbasi, Kluwer Academic, ISBN10 : 079239786X, ISBN13 : 9780792397861, 2ND 1997.
  13. Principle of CMOS VLSI design : A Systems Perspective. N.H.E. Weste, Kamram Eshraghian. Addison-Wesley, 1993, second edition, ISBN 10 : 0201533766 / ISBN 13 : 9780201533767.
  14. Digital Design : Principles and Practices Package, 4/E , John F. Wakerly, Cisco Systems, Inc. Stanford University, ISBN-10 : 0131733494 ISBN-13 : 9780131733497, Prentice Hall, 2006, 928 pp. 0131863894.
  15. The Designer's Guide to VHDL, Ashenden, Peter J. ISBN 10 : 1558606742 / ISBN 13 : 9781558606746, 2001.

Manuels de cours disponibles à la COOP-UQO

  1. Livre obligatoire: "Conception et vérification des circuits VLSI", Éditions de l'École Polytechnique de Montréal, Yvon Savaria, 1988.
  2. Documents obligatoires à télécharger à l'adresse suivante : http://www.cours.polymtl.ca/ele4304/index.htm; Documents pour les cours 3.583, ELE6304 et ELE6305.
  3. Manuel d'exercice obligatoire: Manuel d'exercice, Cours de VLSI, A. Belhaouane, N. Bélanger, Y. Savaria et A. Boubguira.

Une série de transparents sera disponible sur le site Moodle.

9. Page Web du cours :
https://moodle.uqo.ca