Οι στόχοι του μαθήματος ΗΥ327 είναι (1) η εκμάθηση των ηλεκτρικών και κυκλωματικών ιδιοτήτων των τρανζίστορ των σύγχρονων διεργασιών κατασκευής, οσον αφορά την σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων, (2) η εκμάθηση των θεωρητικών θεμελιωδών γνώσεων σχεδίασης Ψηφιακών Συστημάτων σε επίπεδο τρανζίστορ και διασυνδέσεων, (3) η εξοικείωση στην χειρονακτική φυσική σχεδίαση στο επίπεδο των μασκών του πυριτίου, (4) η κατανόηση των φυσικών, πρακτικών και παρασιτικών χαρακτηριστικών των συσκευών στο πυρίτιο, οι οποίες επιδρούν και επηρρεάζουν την σχεδίαση κυκλωμάτων είτε υψηλής ταχύτητας είτε χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.

Το μάθημα δίνει έμφαση στην πρακτική σχεδίαση πραγματικών κυκλωμάτων, δίνοντας μεν βάση στις ιδιοτήτες της φυσικής των ημιαγωγών, χωρίς όμως δε να εστιάζει σε βάθος στα σχετικά φυσικά φαινόμενα, φυσική και μαθηματική θεωρία. Η σχεδίαση διδάσκεται στο φυσικό επίπεδο των μασκών του πυριτίου, με την βοήθεια εργαλείων σχεδίασης και εξόρυξης των συσκευών που προκύπτουν απο τις μάσκες. Επιπλέον, η εκμάθηση και εξοικίωση με την αναλογική φύση των τρανζίστορ και των σχετικών κυκλωμάτων ενισχύεται με την χρήση του SPICE, προγράμματος προσομοίωσης ηλεκτρικών κυκλωμάτων συνεχούς χρόνου. Με την χρήση των παραπάνω γίνονται αντιληπτές, χωρίς μαθηματική εκβάθυνση τα αναλογικά φαινόμενα και δεδομένα που επηρρεάζουν το κύκλωμα υπο σχεδίαση.

Το μάθημα έχει ως στόχο να εμβαθύνει στην υλοποίηση των σύγχρονων ψηφιακών συστημάτων σε ολοκληρωμένα κυκλώματα πυριτίου, καλύπτοντας θέματα που αφορούν στη φυσική σχεδίαση, τον ωρολογιακό χρονισμό, και τα κυκλώματα μνημών και επεξεργασίας δεδομένων.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να:

• Γνωρίζει τις λογικές οικογένειες που χρησιμοποιούνται στην κυκλωματική υλοποίηση ψηφιακών συστημάτων, σε επίπεδο τρανζίστορ, και να μπορεί να επιλέξει την πλέον κατάλληλη για συγκεκριμένα υποσυστήματα και εφαρμογές.
• Γνωρίζει τις λεπτομέρειες της φυσικής υλοποίησης των ψηφιακών συστημάτων σε ολοκληρωμένα κυκλώματα πυριτίου, και να έχει εξοικείωση με τη χρήση ειδικών εργαλείων CAD για φυσική σχεδίαση.
• Σχεδιάσει το σύστημα χρονισμού (ακολουθιακά στοιχεία και ωρολογιακός συγχρονισμός) ενός ψηφιακού ολοκληρωμένου κυκλώματος.
• Γνωρίζει και αναλύει τις διάφορες υλοποιήσεις αριθμητικών κυκλωμάτων και κυκλωμάτων επεξεργασίας δεδομένων σε ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα.
• Γνωρίζει και αναλύει τις διάφορες υλοποιήσεις κυκλωμάτων μνήμης και αποθήκευσης δεδομένων σε ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα.

Η βαθμολόγηση θα γίνεται με τους εξής γνώμονες:

• Εργασίες, Ασκήσεις : 30% Βαθμού
• Πρόοδος : 20% Βαθμού
• Τελική Εξέταση : 50% Βαθμού

Οι στόχοι της παραπάνω κατανομής ποσοστών είναι η διαρκής αξιολόγηση των φοιτητών κατά την διάρκεια του εξαμήνου και η εξαγωγή του τελικού βαθμού απο όσο το δυνατόν περισσότερα δείγματα γνώσεων.

1. Εγκυκλοπαιδική εισαγωγή στον τρόπο και το κόστος κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
2. Ιδιότητες ψηφιακών κυκλωμάτων: επίπεδο θορύβου, επανάκτηση δυναμικού, καμπύλη μεταβίβασης, προσέγγιση ως κύκλωμα RC.
3. Επιγραμματική περιγραφή του τρόπου λειτουργίας διόδων και τρανζίστορ.
4. Τα transistors NMOS και PMOS ως διακόπτες. Παρασιτικά του στοιχεία: αντίσταση, χωρητικότητα.
5. Συνδυαστικές λογικές πύλες CMOS/NMOS: υλοποίηση, ιδιότητες. Καθυστέρηση, Κατανάλωση ενέργειας.
6. Γεωμετρική φυσική σχεδίαση σε επίπεδο τρανζίστορ
7. Ιδιότητες των Αγωγών: παρασιτική αντίσταση, χωρητικότητα, μοντέλο καθυστέρησης Elmore.
8. Δυναμική Λογική, τρανζίστορ μετάβασης, σύγκριση δυναμικής/στατικής λογικής
9. Ακολουθιακά κυκλώματα σε επίπεδο τρανζίστορ: μανταλωτές, καταχωρητές, προφόρτιση, δι-φασικά συστήματα.
10. Μελέτη παραδειγμάτων σχεδίασης σε επίπεδο τρανζίστορ: λογικά και αριθμητικά κυκλώματα.
11. Στατική και Δυναμική RAM: τρόποι υλοποίησης και ιδιότητες.