• Author / Uploaded
• salexsus

Citation preview

PEC1: Fundamentos de componentes y circuitos electrónicos (Enunciado) Profesores responsables Profesor responsable: ● Dr. Pere Tuset Profesores colaboradores: ● Dr. Marc Bara

Presentación Esta PEC se focaliza en diferentes aspectos de la microelectrónica actual, desde conceptos relacionados con las tecnologías de fabricación de los elementos más fundamentales de estos dispositivos, pasando por su utilización en puertas lógicas y funciones elementales, hasta llegar al estudio de subsistemas electrónicos con funciones específicas como sumadores, contadores, registros, etc. Es muy importante que se conozca el material base facilitado en la asignatura, en concreto la PEC contiene un conjunto de cuestiones y problemas relacionados con los contenidos de los Módulos 1, 2 y 3.

Competencias ● ● ● ● ●

Saber las características generales y el comportamiento básico de los materiales semiconductores. Conocer qué efectos intervienen en el diseño de circuitos integrados CMOS. Saber describir subsistemas secuenciales, como los registros, registros de desplazamiento y contadores. Saber utilizar subsistemas ampliamente utilizados por operaciones combinacionales, como la suma, la resta y la comparación. Saber usar otros tipos de subsistemas con circuitos integrados comerciales, y como escalarlos en número de bits mediante conexiones en cascada.

Objetivos ● ● ● ● ●

Conocer las tecnologías y materiales empleados en la fabricación de circuitos integrados. Entender el proceso básico de fabricación de los circuitos monolíticos de silicio. Conocer los fundamentos de los circuitos basados en tecnología MOS. Aprender las características de comportamiento de los circuitos creados con tecnología CMOS. Asimilar el estudio de la escala de integración de circuitos intermedia.

M1.507 Microelectrónica · PEC1 Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación

2020-1

​pag 1

Recursos Los recursos que se recomienda utilizar para esta PEC son los siguientes: ● Recursos básicos: ○ Los módulos 1, 2 y 3 de los materiales. ● Recursos complementarios: ○ Comentados en el texto.

Criterios de valoración ● ●

Razonar la respuesta en todos los ejercicios. Las respuestas sin justificación no recibirán puntuación. La valoración se indica en cada uno de los subapartados.

Formato y fecha de entrega ● ● ● ●

Hay que entregar la solución en un fichero PDF. Se entregará a través de la aplicación de Entrega y registro de EC del apartado Evaluación de su aula. Para dudas y aclaraciones sobre el enunciado, diríjase al consultor responsable de su aula. La fecha límite de entrega es el ​13 de octubre​ (a las 23:59 horas).

Descripción de la actividad Esta PEC está compuesta por diferentes tipos de actividades, en concreto: ● Preguntas (30%): ​Encontraréis una serie de afirmaciones, respecto temas que debemos asimilar, y se trata que razonéis por qué cada una de ellas es cierta o falsa. El objetivo es asimilar conceptos mediante el razonamiento de diferentes características de un circuito, su funcionamiento, ventajas o inconvenientes de una cierta tecnología, etc. Hay que razonar siempre cada una de las tres opciones de respuesta; las respuestas no razonadas se calificarán con cero puntos. ● Problemas (40%): ​Se os plantea una actividad concreta, que tendréis que trabajar a partir de conocimientos del material de la asignatura y/u otras fuentes de información. ● Cuestiones de investigación (30%): ​Encontraréis algunas cuestiones abiertas, sin una solución cerrada y única, donde tendréis que hacer investigación de información, material o datos, para trabajar conceptos clave de la microelectrónica de hoy en día.

M1.507 Microelectrónica · PEC1 Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación

2020-1

​pag 2

Enunciado Preguntas (30%)

Pregunta 1 (10%): Determina si cada una de las siguientes afirmaciones son CIERTAS o FALSAS con respecto a semiconductores PN. Razona adecuadamente tus respuestas. a) ​Los átomos que se añaden al semiconductor para aumentar la presencia de portadores se denominan impurezas. b) ​En la zona central de la unión PN se establecen portadores, que inducen una carga eléctrica (negativa en el semiconductor P y positiva en el semiconductor N). c) ​Para polarizar en directa una unión PN, se debe aplicar siempre una tensión superior a 0 V al material P.

Pregunta 2 (10%): ​Determina si cada una de las siguientes afirmaciones son CIERTAS o FALSAS con respecto a transistores MOSFET y puertas CMOS. Razona adecuadamente tus respuestas. a) ​En un transistor MOSFET, en la zona de saturación la corriente de drenador es proporcional a una constante. b) ​En un transistor MOSFET, con la tensión de puerta podemos regular el paso de corriente entre drenador y fuente, y por tanto decimos que el transistor es una fuente de corriente controlada por tensión. c)​ L ​ os transistores nMOS contienen dos regiones tipo N altamente dopadas.

Pregunta 3 (10%): Determina si cada una de las siguientes afirmaciones son CIERTAS o FALSAS con respecto a subsistemas típicos de circuitos integrados. Razona adecuadamente tus respuestas. a) ​Un interruptor analógico es un componente que se comporta de manera similar a un relé mecánico, pero como está basado en dispositivos de estado sólido, no tiene partes móviles, la conmutación se consigue a nivel eléctrico. b) ​Un multiplexor es un sistema con dos grupos de entradas (que podemos llamar x e y) y una salida z. El valor de la salida corresponde al de una de las entradas x. La entrada x que corresponderá al valor de la salida se selecciona en función del valor de la señal y.

M1.507 Microelectrónica · PEC1 Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación

2020-1

​pag 3

c) ​En Complemento a 2, podemos hacer una resta negando primero todo el substraendo, y utilizando un sumador como acarreo de entrada a 1.

Problemas (40%) Problema 1 (10%): ​Típicamente el retardo de propagación se considera una característica no deseada de las puertas lógicas. Hay ciertas situaciones, sin embargo, en que puede ser de utilidad. Tomaremos como ejemplo el circuito de la Figura 1.

Figura 1. Circuito del Problema 1.

a) ​Si las puertas lógicas de este circuito tuvieran un retraso de propagación cero, el circuito no tendría ningún tipo de función útil. Para verificar esto, analiza su respuesta en estado permanente a una señal de entrada en estado “alto”, y después a una señal en estado “bajo”. ¿En qué estado se encuentra la salida de la puerta AND? b) ​Ahora considera que el retraso de propagación de una puerta lógica es de ∆ segundos, y que la señal de entrada es una señal de reloj cuadrada de período T. Asumimos que ∆