Entwurfsverfahren für Integrierte Schaltungen (MSE)

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Nummer0000001969
Art
Umfang3 SWS
SemesterSommersemester 2022
UnterrichtsspracheDeutsch
Stellung in StudienplänenSiehe TUMonline

Teilnahmekriterien

Lernziele

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls sind die Studierenden mit der Anwendung von Verfahren der diskreten Mathematik zur Beschreibung und Optimierung von Schaltungen vertraut. Sie kennen grundlegende mathematische Verfahren und Algorithmen, um digitale Schaltungen auf Gatterebene zu entwerfen, zu optimieren, zu simulieren und Testmuster dafür zu entwerfen. Dies gilt sowohl für kombinatorische als auch für sequentielle Schaltungen. Den Studierenden sind damit Verfahren bekannt, mit denen der Entwurf von Schaltungen industrieller Komplexität erfolgreich automatisiert werden kann. Den Studierenden ist auch die grundlegende Bedeutung der Automatisierung des Entwurfs für die Steigerung der Produktivität eines Ingenieurs und damit den wirtschaftlichen Erfolg bewusst. Im Detail können Studierende digitale Schaltungen mittels Boolescher Funktionen beschreiben und verschiedene Darstellungsformen Boolescher Funktionen (SOP-Formen, Kubengraph, Reduced Ordered Binary Decision Diagram) interpretieren, erstellen und ineinander überführen; Studierende können Logikoptimierung durch verschiedene Verfahren durchführen: Minimierung Boolescher Funktionen nach Quine/McCluskey, mittels Resolventen-Methode, heuristische Ansätze; Studierende sind vertraut mit Beschreibung und Zustandsminimierung von endlichen Automaten (Finite State Machines); Studierende kennen die Grundlagen der Simulation digitaler Schaltungen auf dem Computer.

Beschreibung

Studierende können Logikoptimierung durch verschiedene Verfahren durchführen: Minimierung Boolescher Funktionen nach Quine/McCluskey, mittels Resolventen-Methode, heuristische Ansätze; Studierende sind vertraut mit Beschreibung und Zustandsminimierung von endlichen Automaten (Finite State Machines); Studierende kennen die Grundlagen der Simulation digitaler Schaltungen auf dem Computer. Inhalt Logiksynthese: Grundlagen der Logiksynthese; Binäre Boolesche Funktionen; Synthese von kombinatorischen Schaltungen mit zwei Ebenen; Heuristische Minimierung von kombinatorischen Schaltungen mit zwei Ebenen; Synthese von kombinatorischen Schaltungen mit mehr als zwei Ebenen; Ordered Binary Decision Diagrams; Synthese von sequentiellen Schaltungen mittels endlicher Automaten. Simulation digitaler Schaltungen: Grundlagen Digitalsimulation; Werterepräsentation; Simulation des Zeitverhaltens. Testverfahren: Fehlerdiagnose, Fehlerüberdeckungstabelle; Testbestimmung in kombinatorischen Schaltungen; Testbestimmung in sequentiellen Schaltungen.

Inhaltliche Voraussetzungen

Vorlesung "Digitale Schaltungen". Kenntnisse diskreter Mathematik sind hilfreich, werden aber nicht vorausgesetzt.

Lehr- und Lernmethoden

Als Lernmethode wird zusätzlich zu den individuellen Methoden des Studierenden eine vertiefende Wissensbildung durch mehrmaliges Aufgabenrechnen in Übungen angestrebt. Als Lehrmethode wird in der Vorlesungen Frontalunterricht, in den Übungen Arbeitsunterricht (Aufgaben rechnen) gehalten. Medienformen Primär erfolgt die Präsentation mittels Tafelanschrieb oder Tablet PC, sowie mittels PowerPoint-Folien (primär für Themeneinführungen). Die Vorlesungsinhalte werden den Studierenden auch als gedruckte und elektronische Unterlagen zur Verfügung gestellt. Teilweise erfolgt eine Unterstützung durch Online-Aufgaben.

Studien-, Prüfungsleistung

Das Modul wird im Rahmen einer 60-minütigen Klausur geprüft, in der die in der Vorlesung und Übung erworbenen Lernergebnisse abgefragt bzw. angewendet werden. Es sind Hilfsmittel zugelassen, und zwar schriftliche Unterlagen und nichtprogrammierbare Taschenrechner. Durch das Beantworten von Fragen, Beschreibung von Verfahren für gegebene Problemstellungen und Rechnungen weisen die Studierenden nach, dass sie Entwurfsmethoden integrierter Schaltungen verstanden haben und sie in geeigneter Form anwenden können.

Empfohlene Literatur

Zur Erarbeitung des Vorlesungsstoffs ist keine zusätzliche Literatur notwendig. Bei Interesse an einer alternativen Perspektive bzw. Vertiefung des Materials wird folgende Literatur empfohlen: * G. De Micheli: Synthesis and Optimization of Digital Circuits, McGraw-Hill, 1994 * M. L. Bushnell, V. D. Agrawal: Essentials of Electronic Testing for Digital, Memory, and Mixed Signal VLSI Circuits, Kluwer Academic Publishers, 2000

Links


Vollständiges Lehrangebot

Bachelorbereich: BSc-EI, MSE, BSEEIT

 

WS

SS

Diskrete Mathematik für Ingenieure (BSEI, EI00460)

Discrete Mathematics for Engineers (BSEEIT) (Schlichtmann) (Januar)

 

P/P

WS

SS

Entwurf digitaler Systeme mit VHDL u. System C (BSEI, EI0690) (Ecker)

P/m

 

SS

Entwurfsverfahren für integrierte Schaltungen (MSE, EI43811) (Schlichtmann)

P/P

WS

 

Methoden der Unternehmensführung (BSEI, EI0481) (Weigel)

-/P

WS

 

Praktikum System- und Schaltungstechnik (BSEI, EI0664) (Schlichtmann et al.)

--

 

SS

Schaltungssimulation (BSEI, EI06691) (Gräb/Schlichtmann)

P/P

 

Masterbereich: MSc-EI, MSCE, ICD

 

SS

Advanced Topics in Communication Electronics (MSCE, MSEI, EI79002)

 

WS

 

Electronic Design Automation (MSCE, MSEI, EI70610) (B. Li, Tseng)

-/?

WS

 

Design Methodology and Automation (ICD) (Schlichtmann) (Nov)

--

WS

SS

Machine Learning: Methods and Tools (MSCE, MSEI, EI71040) (Ecker)

O/O

WS

SS

SS

Mathematical Methods of Circuit Design (MSCE, MSEI, EI74042) (Gräb)

Simulation and Optimization of Analog Circuits (ICD) (Gräb) (Mai)

P/P

--

WS

 

Mixed Integer Programming and Graph Algorithms in Engineering Problems (MSCE, MSEI, EI71059) (Tseng)

-/Om

WS

SS

Numerische Methoden der Elektrotechnik (MSEI, EI70440) (Schlichtmann oder Gräb)

P/P

WS

WS

SS

Seminar VLSI-Entwurfsverfahren (MSEI, EI7750) (Schlichtmann/Müller-Gritschneder)

Seminar on Topics in Electronic Design Automation (MSCE, EI77502) (Schlichtmann/Müller-Gritschneder)

P/P

P/P

WS

SS

Synthesis of Digital Systems (MSCE, MSEI, EI70640) (Müller-Gritschneder)

P/P

WS

 

Testing Digital Circuits (MSCE, MSEI, EI50141) (Otterstedt)

-/?

WS

 

Timing of Digital Circuits (MSCE, MSEI, EI70550) (B. Li, Zhang)

-/O

WS

SS

VHDL System Design Laboratory (MSCE, MSEI, EI7403) (Schlichtmann)

O/O

 

Die Spalte ganz rechts bezeichnet die Form der Vorlesung/Prüfung im SS 2022. O=online, P=physische Präsenz, m=mündlich, Präsenz oder online. Version: 08.02.2022

The column on the very right denotes the type of course/exam in SS 2022. O=online, P=physical presence, m=oral, presence or online. Version: February 8, 2022

 

MSE: Munich School of Engineering (TUM)

BSEEIT: Bachelor in Electrical Engineering and Information Technology (TUM-Asia)

ICD: Master of Science in Integrated Circuit Design (TUM-Asia)

MSCE: Master of Science in Communications Engineering (TUM)

MSEI: Master of Science in Elektrotechnik und Informationstechnik

BSEI: Bachelor of Science in Elektrotechnik und Informationstechnik

 

Aktuelle Infos zur Lehre/Current information on teaching: https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/coronavirus/studium/, www.ei.tum.de