Diseño Digital. Una Perspectiva VLSI-CMOS

Diseño Digital. Una Perspectiva VLSI-CMOS
Alcubilla González, Ramon. Pons Nin, Joan. Bardés Llorensí, Daniel

El presente texto aporta el material necesario para un curso introductorio de Electrónica Digital. Incluye los conceptos fundamentales de diseño clásico de circuitos lógicos combinacionales y secuenciales. Adicionalmente se introducen aspectos de diseño de circuitos integrados con tecnología VLSI-CMOS. Se ha incidido particularmente en los elementos de autoaprendizaje mediante la inclusión de numerosos ejemplos y problemas.

ÍNDICE

• Primera aproximación a los sistemas digita les
• Fundamentos abstractos del diseño digital
• Fundamentos circuitales del diseño digital
• Fundamentos tecnológicos del diseño digital
• Diseño de circuitos combinacionales
• Introducción a los sistemas secuenciales
• Diseño de circuitos secuenciales síncronos
• Apéndice

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ÍNDICE GENERAL.

• Primera aproximación a los sistemas digita les. Definiciones. Sistemas digitales combinacionales y secuenciales. Codificación. Codificación de números enteros. Códigos alfanuméricos. Códigos detectores de errores. Cuestiones y problemas.
• Fundamentos abstractos del diseño digital. Funciones lógicas. Representación mediante tabla de verdad. Representación mediante tabla de Karnaugh. Funciones lógicas de una y dos variables. Funciones incompletamente especificadas. Composición de funciones lógicas. Algebra de Boole. Postulados del Algebra de Boole. Teoremas del Algebra de Boole. Simplificación algebraica. Formas canónicas de una función lógica. Minterms y Maxterms. Teorema de Shannon. Formas canónicas. Grupo completo de funciones. Realización de logigramas. Minimización de funciones lógicas. Consideraciones previas. Método de Karnaugh. Minimización en forma de producto de sumas. Minimización de funciones incompletamente especificadas. Limitaciones del método de Karnaugh. Cuestiones y problemas.
• Fundamentos circuitales del diseño digital. Características eléctricas de las puertas lógicas. Curva de transferencia y niveles lógicos. Márgenes de ruido. Retardos de propagación. Potencia consumida. El transistor MO S. Estructura y funcionamiento básico. Efectos de segundo orden. Puertas lógicas NM OS. Inversor NMOS con carga de vaciamiento. Puertas básicas NM OS. Puertas de transmisión. Transistor de paso NM OS. Transistor de paso PMOS. La puerta de transmisión CMOS. Puertas lógicas CMO S. Inversor CMOS. Puertas básicas CM OS. Otras estructuras. Cuestiones y problemas.
• Fundamentos tecnológicos del diseño digital. Etapas básicas de fabricación de circuitos integrados. Deposición de capas. Oxidación térmica. Fotolitografía. Difusión de impurezas. Implantación iónica. Fabricación de un transistor MOS con puerta de polisilicio. Procesos CMOS y layouts. Fabricación de un inversor CM OS. Layouts. Reglas de diseño de layouts. Caracterización eléctrica de circuitos integrados MOS. Estimación de resistencias. Estimación de capacidades. Cálculo simplificado de retardos de propagación. Retardos en un inversor. Retardos en una cadena de inversores. Retardo en una cadena de interruptores. Retardos en puertas CMOS cualesquiera. Cuestiones y problemas.
• Diseño de circuitos combinacionales. ¿Por qué la realización a dos niveles no resuelve el problema del diseño combinacional?. Diseño con redes modulares. Construcción de redes modulares. Análisis y síntesis de redes modulares. Módulos combinacionales estándar. Decodificadores. Codificadores. Multiplexores. Demultiplexores. Sumadores. Comparadores. Unidades aritmético-lógicas. Diseño combinacional basado en módulos universales. Diseño combinacional con multiplexores. Diseño combinacional con decodificad ores. Diseño combinacional con módulos programables. Diseño combinacional basado en ROM. Diseño combinacional con P LA. Cuestiones y problemas.
• Introducción a los sistemas secuenciales. Especificación de sistemas secuenciales. Concepto de estado. Especificación basada en el estado. Diagrama de esta dos. Equivalencia de esta dos. Sincronización de sistemas secuenciales. Sistemas secuenciales síncronos y asíncronos. Implementación canónica de un sistema secuencial síncrono. Biestables. Biestable D. Biestable J K. Biestable T. Realización de biestables. Biestable SR asíncrono. Biestables sincronizados por nivel. Biestables sincronizados por flanco. Cuestiones y problemas.
• Diseño de circuitos secuenciales síncronos. Diseño canónico de circuitos secuenciales síncronos. Método sistemático de análisis. Método sistemático de síntesis. Módulos secuencia les. Registros. Registros de desplazamiento. Contadores. Dispositivos lógicos programables. Memorias RAM. Descripción genérica. Memorias MOS dinámicas y estáticas. Cuestiones y problemas.
• Apéndice. Aritmética binaria. Familias lógicas bipolares.