Manhã com a ACE. 2 - Fornecer modelos simples para estes dispositivos

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1 Manhã com a ACE OBJECTIVOS: 1 - Apresentar três peças de LEGO que permitem construir quase todo o universo de sistemas electrónicos que nos rodeiam: - resistências, condensadores e transístores 2 - Fornecer modelos simples para estes dispositivos 3 Mostrar como interligando dispositivos se implementam algumas funcionalidades básicas 4 - Apresentar o projecto de sistemas integrados

2 Transístor: a grande revolução do séc. XX Desafio: imaginar o presente sem transístores

3 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

4 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

5 Circuitos analógicos - Circuitos RC simples Modelo para uma resistência: i = v / R (lei de Ohm) i i R v V

6 Circuitos analógicos - Circuitos RC simples Exemplo de utilização de resistências: divisor de tensão i v in R 2 v = v out in R 1 / (R 1 +R 2 ) R 1 v out

7 Circuitos analógicos - Circuitos RC simples Modelo para um condensador: i = C dv/dt i - Se v for constante, i = 0 - Se i for constante então dv/dt é constante C v - Para variações rápidas de V (dependendo de C) pode ser quase um curto-circuito -Se v for sinusoidal: I max = V max / Z Z = 1/ (2π fc)

8 Circuitos analógicos - Circuitos RC simples Exemplos de utilização de condensadores: Isolamento entre tensões DC distintas (permitindo o acoplamento AC) AC: V 2 = V 1 ; DC: V 2 V 1 Filtragem de tensões que se pretendem constantes AC: V 2 = 0 ; DC: V 2 =V 1 -V R v 1 v 2 v 1 v 2

9 Circuitos analógicos - Circuitos RC simples Circuito RC - Se v for constante, i = 0 e v c = V v i Ρ = 1 kω C = 100pF v c - No instante em que v transita de -10V para 10V: imax = v / R - v c aproxima-se exponencialmente do novo valor de v

10 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

11 Circuitos analógicos O transístor como amplificador Modelo para um transístor MOS: i D = k (v GS V T ) 2 i D i D V GS v GS v DS

12 Circuitos analógicos O transístor como amplificador Exemplo de amplificador com transístor MOS: R i D i D v o v GS v DD V GS

13 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

14 Circuitos analógicos O AMPOP +V CC Modelo para um Amplificador Operacional (AMPOP) na zona linear: v o = A (v + v - ) v - v + -V CC v o v O V CC v + -v - -V CC saturação

15 Circuitos analógicos O AMPOP AMPOP sem realimentação negativa: funcionamento na saturação (comparador) v I +V CC v O V CC v R -V CC v o V R v I -V CC

16 Circuitos analógicos O AMPOP AMPOP com realimentação negativa: funcionamento na zona linear (amplificador) v I +V CC Hipótese: zona linear v O v o v + -v - = v O /A 0 V CC -V CC v- v + v - R 2 v - = v O R 1 / (R 1 +R 2 ) v I v + = v I -V CC R 1 v O = v I (R 1 +R 2 )/R 1

17 Circuitos analógicos O AMPOP AMPOP com realimentação positiva: comparador com histerese v I +V CC v o Se v O = V CC : v O v + = V CC R 1 / (R 1 +R 2 ) V CC -V CC v + R 2 v O manter-se-á V CC enquanto: v + v I v I < v + -V CC R 1

18 Circuitos analógicos O AMPOP AMPOP com realimentação positiva: comparador com histerese v I +V CC v o Se v O = -V CC : v O v + = -V CC R 1 / (R 1 +R 2 ) V CC -V CC v' + R 2 v O manter-se-á -V CC enquanto: v + v + v I v I > v + -V CC R 1

19 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

20 Circuitos analógicos Oscilador Comparador com histerese + circuito RC v O V CC +V CC v I v o R 3 v + v + v I -V CC C 1 -V CC v + R 2 R 1

21 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

22 Circuitos digitais O transístor como interruptor Tecnologia CMOS: inversor

23 Circuitos digitais O transístor como interruptor Tecnologia CMOS: NAND

24 Circuitos digitais O transístor como interruptor Tecnologia CMOS - layout: inversor

25 Circuitos digitais O transístor como interruptor Tecnologia CMOS - layout: NAND

26 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw e Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos

27 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Fluxo de projecto de cores digitais begin Vectores para validação vectores para teste de produção LSA ATPG vectores determinísticos Requisitos de Funcionalidade e potência Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica if ((fu1 fu2 fu3 fu4)) begin case (coda0) S0 : begin... S1 : S2 : grant = 4'b1000; end begin grant = 4'b0100; end biblioteca de cores Validação Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC begin Geração da representação grant = 4'b0010; abstract end Geração da representação symbol

28 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Requisitos de Funcionalidade e potência Fluxo de projecto de cores digitais Vectores para validação Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica Validação LSA ATPG vectores determinísticos Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC vectores para teste de produção Geração da representação abstract Geração da representação symbol biblioteca de cores

29 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Requisitos de Funcionalidade e potência Fluxo de projecto de cores digitais Vectores para validação Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica Validação LSA ATPG vectores determinísticos Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC vectores para teste de produção Geração da representação abstract Geração da representação symbol biblioteca de cores

30 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Requisitos de Funcionalidade e potência Fluxo de projecto de cores digitais Vectores para validação Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica Validação LSA ATPG vectores determinísticos Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC vectores para teste de produção Geração da representação abstract Geração da representação symbol biblioteca de cores

31 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Requisitos de Funcionalidade e potência Fluxo de projecto de cores digitais Vectores para validação Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica Validação LSA ATPG vectores determinísticos Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC vectores para teste de produção Geração da representação abstract Geração da representação symbol biblioteca de cores

32 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Requisitos de Funcionalidade e potência Fluxo de projecto de cores digitais Vectores para validação Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica Validação LSA ATPG vectores determinísticos Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC vectores para teste de produção Geração da representação abstract Geração da representação symbol biblioteca de cores

33 Teste funcional Simulação para validação do projecto Representação RTL Requisitos de Funcionalidade e potência Fluxo de projecto de cores digitais Vectores para validação Síntese: - do circuito e - do teste Representação lógica Validação LSA ATPG vectores determinísticos Implementação física + optimização temporal Layout DRC, ERC vectores para teste de produção Geração da representação abstract Geração da representação symbol biblioteca de cores

34 Manhã com a ACE Circuitos analógicos (1h 20min): Circuitos RC simples O transístor como amplificador O amplificador operacional Exemplo: Oscilador de relaxação Circuitos digitais (30 min): O transístor como interruptor Linguagens de descrição de hw Projecto de circuitos integrados digitais Demonstração (10 min): Medidor de distâncias com infravermelhos