Información de la asignatura

1. Detalles de la asignatura

1.1. Materia

Sistemas Electrónicos

1.2. Carácter

Optativa

1.3. Nivel

756 - Grado (MECES 2)
759 - Grado (MECES 2)
536 - Grado (MECES 2)
795 - Estudios Propios (MECES 2)

1.4. Curso

756 - Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación (2021): 3
756 - Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación (2021): 4
759 - Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación (2021): 3
759 - Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación (2021): 4
536 - Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación: 3
536 - Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías y Servicios de Telecomunicación: 4
795 - Microtítulo en Electrónica Digital: 1

1.5. Semestre

Primer semestre

1.6. Número de créditos ECTS

6.0

1.7. Idioma

Español en las clases. Toda la información técnica está en idioma inglés.

1.8. Requisitos previos

 No hay

1.9. Recomendaciones

Esta asignatura se imparte en el primer semestre del tercer curso. Es requisito previo Circuitos Electrónicos Digitales, que inicia a los estudiantes en el diseño lógico dentro de la materia Circuitos Electrónicos y Microprocesadores (18 créditos ECTS) del plan de estudios. La asignatura DIE retoma los temas de CED con un enfoque orientado a circuitos integrados de alta densidad tipo FPGA u opciones semicustom tipo standard cells.

El material electrónico de la asignatura se encuentra en la plataforma Moodle:

https://moodle.uam.es/

y en la página web de la asignatura:

http://arantxa.ii.uam.es/~die/

En la primera se concentra la información sobre notas, temas de exámenes, fechas, tablón de noticias, y otros aspectos de organización. En la página web de la asignatura se condensa la información general, de carácter menos variable. Toda la información entre ambas páginas se encuentra enlazada por hipervínculos.

El estudio y aprobación de DIE se beneficia de algunos conocimientos y aptitudes:

• Es imprescindible disponer de un buen conocimiento de inglés a nivel de lectura, pues toda la documentación de los fabricantes de circuitos integrados (hojas de datos y notas de aplicación) se encuentra redactada únicamente en dicha lengua.

• Se requiere iniciativa personal y tenacidad para el diseño y puesta en funcionamiento de los diversos circuitos propuestos en el laboratorio.

• Es importante comprobar la comprensión de los contenidos y habilidades básicas de la asignatura intentando resolver las Guías de Problemas.

Finalmente, es importante ejercitar la predisposición y empatía para el trabajo en equipo.

1.10. Requisitos mínimos de asistencia

No hay control de asistencia directo, pero se debe obtener un 5 en el laboratorio. Ausencias repetivivas pueden impedir alcanzar aritméticamente este objetivo.

1.11. Coordinador/a de la asignatura

Eduardo Ivan Boemo Scalvinoni

1.12. Competencias y resultados del aprendizaje

1.12.1. Competencias

Las competencias que se pretenden adquirir con esta asignatura en el Grado ITST son:

SE2: Capacidad para seleccionar circuitos y dispositivos electrónicos especializados para la transmisión, el encaminamiento o enrutamiento y los terminales, tanto en entornos fijos como móviles.

SE7: Capacidad para diseñar dispositivos de interfaz, captura de datos y almacenamiento, y terminales para servicios y sistemas de telecomunicación.

ITT1 - Capacidad para redactar, desarrollar y firmar proyectos en el ámbito de la ingeniería de telecomunicación que tengan por objeto, de acuerdo con los conocimientos adquiridos según lo establecido en el apartado 5 de esta orden, la concepción y el desarrollo o la explotación de redes, servicios y aplicaciones de telecomunicación y electrónica.

ITT2 - Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el desarrollo de la profesión de Ingeniero Técnico de Telecomunicación y facilidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.

ITT3 - Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

ITT4 - Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidad ética y profesional de la actividad del Ingeniero Técnico de Telecomunicación.

ITT5 - Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planificación de tareas y otros trabajos análogos en su ámbito específico de la telecomunicación.

ITT6 - Facilidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento.

ITT7 - Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.

ITT9 - Capacidad de trabajar en un grupo multidisciplinar y en un entorno multilingüe y de comunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos, procedimientos, resultados e ideas relacionadas con las telecomunicaciones y la electrónica.

CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.

CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.

CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.

CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

1.12.2. Resultados de aprendizaje

- Conocer dispositivos, circuitos, equipos y sistemas electrónicos.

- Conocer las técnicas de diseño de circuitos electrónicos.

- Conocer dispositivos electrónicos integrados.

- Ser capaz especificar y documentar equipos y sistemas electrónicos.

- Ser capaz de implementar y utilizar equipos y sistemas electrónicos.

1.12.3. Objetivos de la asignatura

Objetivos de la Asignatura

Los conocimientos que se aprenden en el curso son:

• Capacidad para especificación, negociación o diseño de un ASIC.
• Conocimiento de la jerga de microelectrónica.
• Practicar la codificación de VHDL sintetizable.
• Técnicas para reducir retardo en FPGAs.
• Realizar pruebas físicas sobre FPGAs.
• Nociones de técnicas para facilitar la simulación y el test de circuitos.
• Principio de Diseño Síncrono
• Manejo optimizado de herramientas EDA.
  
  

La mayoría de las carreras de Ingeniería  incluyen algunas asignaturas sobre el diseño de circuitos integrados, si bien el enfoque y la tecnología en que se apoyan es variado.  La separación del diseño lógico en dos partes “Logica Digital” (primer año de la EPS) y “Sistemas Digitales” también ha sido propuesto en el resumen de las actividades del ACM/IEEE-CS Joint Curriculum Task Force 1991, donde también figura una asignatura “Diseño de Sistemas VLSI” como curso avanzado de grado.

Los objetivos que se pretenden alcanzar con esta asignatura son:

1.13. Contenidos del programa

1.- Circuitos Integrados y ASICs Semicustom

• Circuitos Integrados SSI, MSI (1960-70).
• Idea de bloque cascadable y extendible (sliced).
• Estandarización, diferenciación y confidencialidad.
• Límites de un procesadores. Opción hardwired de un algoritmo.
• ASICs: Gate Array, Standard Cells, SOG, Structured FPGAs y otros.
• Puertas básicas CMOS.
• Economía de los masked-ASICs.

2.- Arquitectura de FPGAs

• Xilinx Inc. y el modelo Fabless.
• LUTs, Interconexiones y Memoria de Configuración.
• Estructura de una LUT y compromisos de diseño.
• Tipos de Configuración. FPGA Retargeting. Easy Path. FPGAs Antifusibles.
• Frecuencia máxima de un sistema basado en FPGAs y Aplicaciones de las FPGAs
• Recursos específicos: RAM, Mult y DSP, SRL, Procesadores, DCM, Transceivers, etc).
• Estándares de I/O y Encapsulados
• Xilinx vs Altera
• Diagrama de flujo de diseño.

3.- Modelo de retardos 

• Capacidad.
• Carga a corriente constante.
• Energía almacenada en un condensador.
• Valores típicos de C en circuitos integrados.
• Datos de una célula SC
• Retardos intrínsecos y extrínsecos. Fanin y Fanout.
• Señales globales (broadcasted) y cómo limitar el fanout de un circuito.
• Árbol de Reloj.
• Sincronizadores de fase tipo PLL.
• Distorsión de Duty-Cycle. 
• Herramientas de análisis de tiempos. Caminos críticos y falsos.
• Deración con T y Vdd.  
• Retardos asíncronos.
• Retardo de pines, Pull-Up / Pull-Down, Bus keeper
• Lecciones Aprendidas

4.- Sincronización y Pipeline

• Glitches en circuitos combinacionales.
• Registros de sincronización y Parámetros temporales de un FF
• Gated-clocks: “relojes gateados”
• Skew de reloj. Fallos de sincronización. Metaestabilidad.
• Principios de Diseño Síncrono.
• Velocidad (Throughput), latencia y aceleración (speed-up)
• Registros de skewing y deskewing
• Granularidad, Profundidad de Lógica.
• Coste de un pipeline.
• Ejemplos de circuitos segmentados y retiming
• Comunicación local y global (broadcasted).

5.- Diseño para Test (DFT)

Técnicas Heurísticas: Observabilidad y Controlabilidad.

Técnicas Sistemáticas: Modelo Stuck-at. Cobertura de fallos.

Test de FSMs: Scan Path.

JTAG.

Herramienta ChipScope.

Temperatura y fallos.

DFT y Tolerancia a Fallos.

Instrumental de Verificación.

6.- Herramientas y Algoritmos EDA

• Simplificación. Síntesis, Particionado, Emplazamiento y Rutado.
• Uso de subexpresiones.
• Cofactoreo de Shanon
• Método de las fuerzas, Steimberg
• Mincut y Simulated Annealing
• Rutado global y detallado.
• Bloques de la Herramienta EDA Xilinx.
• Principales opciones de un compilador de silicio.

1.14. Referencias de consulta

Bibliografía Recomendada:

Bolton M., "Digital System Design with Programmable Logic", Addison-Wesley, 1990.

 681.32 BOL

Brown S., Francis R. , Rose J. y Vranesic Z., "Field-Programmable Gate Arrays", Boston: Kluwer Academic Publishers, 1992.

Chan, P. and Murrad, S. "Digital Design using Field-Programmable Gate Arrays", Prentice-Hall 1994.

 681.31 CHA

Francis, R. “A Tutorial on Logic Synthesis for Look-up Table Based FPGAs”, ICCAD-92 Digest of Technical Papers, pp.40-47, Nov. 1992.

Jenkins J., "Designing with FPGAs and CPLDs".

681.3 JEN

Mandado, Enrique, "Dispositivos lógicos programables"

621.3 MAN

Oldfield J. and Dorf R. , "Field-Programmable Gate Arrays. Reconfigurable Logic for Rapid Prototyping and Implementation of Digital Sistems", John Wiley & Son. 1995.

621.3 OLD

Tavernier, C. "Circutos Lógicos Programables", Editorial Paraninfo.

 621.3 TAV

Trimberger S., "Field-Programmable Gate Arrays Technology", ", Boston: Kluwer Academic Publishers, 1995.

 621.3 FIE

Amerasekera, E. Ajith,  "Failure mechanisms in semiconductor devices".

621.315/AME

Baker J. et al., "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation", IEEE Press Series on Microelectronic Systems.

621.3BA

Application-Specific Integrated Circuits

Smith, Michael

INF/621.3/SM

Abramovici M. Melvin A. Breuer, Arthur D. Friedman, "Digital systems testing and testable design", 1990.

681.32/ABR

Sousa, José T. de, “Boundary-scan interconnect diagnosis” 
621.38/SOU

Lall, Pradeep, “Influence of Temperature on Microelectronics and System Reliability”
621.3/LAL 

Josep Altet y Antonio Rubio, “Thermal testing of Integrated circuits”
B1200/ALT 

Material electrónico de trabajo: los documentos electrónicos de trabajo (Prácticas, métodos de trabajo para el laboratorio, recomendaciones de estudio y hojas de datos de componentes se publican en la sección Noticias de DIE en plataforma Moodle (http://uam-virtual.es) y en la página de la asignatura.

2. Metodologías docentes y tiempo de trabajo del estudiante

2.1. Presencialidad

2.2. Relación de actividades formativas

3. Sistemas de evaluación y porcentaje en la calificación final

3.1. Convocatoria ordinaria

El cuadro adjunto muestra el formato de la Evaluación Continua, que cubre todo el temario de la asignatura. Consta de exámenes parciales y un examen ordinario. Los temas se reparten entre ambos.

Aprobar por evaluación continua significa:  aprobar Teoría y aprobar Laboratorio (ambas cosas). Cada una de estas partes es evaluada por el profesor a cargo y las notas son independientes; no se promedian una con otra.

Tanto la Teoría como el Laboratorio ocupan 2 hs por semana. Por lo tanto, el peso en la nota final de cada parte es:

Nota Acta = 50 % Laboratorio + 50 % Teoría

La nota en acta es aprobado si se aprueba  Laboratorio y Teoría; es decir, al menos 5 puntos en cada bloque. En caso contrario la nota es Suspenso.

Los aspectos más importantes son:

• Los temas de los parciales suspendidos se pueden recuperar en la convocatoria ordinaria.
• Los temas de los parciales aprobados se eliminan de la convocatoria ordinaria

• Si se suspende el Laboratorio, se suspende evaluación continua.
• Si se suspende la Teoría, se suspende evaluación continua.
• Se puede recuperar el Laboratorio en la Convocatoria Extraordinaria.
• El laboratorio suspenso no se puede recuperar en la Convocatorio Ordinaria; sólo en la Extraordinaria. La nota de Teoría se conserva si es aprobado.

3.1.1. Relación actividades de evaluación

Los temas incluidos en los parciales de Evaluación Continua suman 4 puntos (40%)

Los temas incluidos en el Examen Ordinario suma el resto (60%)

El estudiante puede elegir dos itinerarios:

Evaluación Continua: aprobar cada uno de los parciales y la versión del examen ordinario con los temas que no han entrado en los parciales.

Evaluación final: Aprobar todos los temas en la versión de examen ordinario completo.

El examen ordinario tiene 2 partes:

- Primera Parte: Temas no evaluados en parciales (para los que aprueben parciales)

- Segunda Parte: Temas evaluados en cada parcial (para los que suspendan parciales)

3.2. Convocatoria extraordinaria

Este examen consta de dos partes:

Teoría (60% de la nota de la Asignatura)

Laboratorio (40% de la nota de la Asignatura)

Teoría:

Se evalúa el temario completo. Se aprueba con 5 sobre 10.

Si Ud. aprobó Teoría en la Conv. Ordinaria, pero no Laboratorio, se "guarda" la nota de la evaluación continua. 

Laboratorio:

En esta convcatoria, se mantiene la nota del laboratorio si ésta es aprobado.

Si no se ha aprobado el laboratorio, se propone al estudiante un ejercicio que debe codificarse y hacer funcionar correctamente en la placa de FPGA. Los circuitos propuestos de Laboratorio serán nuevos y no son los desarrollados durante el curso. Es decir, no se trata de repetir los ejercicios presentados en las clases de práctica.

La modalidad del examen de laboratorio depende de la cantidad de estudiantes. A modo orientativo, puede ser:

• Un ejercicio que se propone el día del examen. El estudiante tiene una semana para realizarlo. Puede acceder al lab. si las condiciones lo permiten.
• Un ejercicio resumen que debe realizarse el mismo día del examen de Junio, al acabar el mismo.

3.2.1. Relación actividades de evaluación

En el examen extraordinario entra el contenido de toda la asignatura. Se guarda la nota de Laboratorio, que puede ser hasta un 40% del total (cuando se obtiene 10 puntos en el lab).

4. Cronograma orientativo