Table des matières. CHAPITRE I: Introduction à la Microélectronique. CHAPITRE II: Le transistor MOS

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1 VII Table des matières CHAPITRE I: Introduction à la Microélectronique 1 La microélectronique Description d un circuit intégré Evolution des circuits intégrés Miniaturisation Interêt des circuits intégrés Réalisation des circuits intégrés La fabrication La conception des C.I Perspectives de la miniaturisation Exercices Solutions CHAPITRE II: Le transistor MOS 1 Introduction Le transistor M.O.S Le modèle interrupteur Fonctionnement du transistor MOS Porte de transmission Structure générale des circuits CMOS Fonctions combinatoires CMOS Assemblage série de transistors NMOS reliés à la masse: Assemblage parallèle de transistors NMOS reliés à la masse Assemblage série de Transistors PMOS reliés à l alimentation Assemblage parallèle de transistors P reliés à l alimentation... 25

2 VIII 5.5 La Porte NAND : La Porte NOR: Généralisation Fonction combinatoire quelconque Les portes en cascade La bascule D...30 Exercices...32 Solutions...34 CHAPITRE III: Fabrication des circuits intégrés 1 Réalisation des tranches de silicium Traitement du sable Raffinage du silicium Obtention de la structure cristalline Traitement des lingots Traitement des tranches Dépôt métallique Dopage Epitaxie Oxydation Photolithographie Dépôt de la résine Insolation Développement Gravure Elimination de la résine Un procédé lithographique complet Fabrication de transistors MOS Transistor à grille métallique Transistor à grille silicium (auto alignée) Différentes technologies Salles blanches Le test des C.I Rendement de fabrication des C.I...49

3 IX 9 Catégories des C.I Les circuits sur mesure ou (full custom) Prédiffusés Les circuits configurables Exercices Solutions CHAPITRE IV: Le dessin des masques 1 Dessin de masques ou schéma physique Règles d interconnexions Quelques exemples Dessin des masques régulier Règle de collage Règle des angles Règle des entrées Règle de la bande de diffusion ou d active Règle d interconnexion entre portes (routage) Quelques exemples Dessin de portes complexes Dimensions minimales d un dessin Règles de dimensions Règles d espacement Règles de recouvrement Méthodologie de dessin Exemple : dessin d un inverseur Dessin de circuits composés de plusieurs portes Exemple du comparateur 1 bit Exemple du comparateur quatre bits Applications L addition La soustraction La multiplication Exercices Solutions... 79

4 X CHAPITRE V: Optimisation des performances des circuits CMOS 1 Introduction Modèle RC des transistors MOS Les transistors Les interconnexions La capacité de sortie d une cellule Csortie : Délai de propagation Définition Estimation du délai d un assemblage en série de transistors Estimation du délai d une porte Estimation du délai d un circuit Optimisation du délai d un circuit La consommation d énergie Influence de la miniaturisation sur les performances Réduction de l échelle avec réduction de la tension Réduction de l échelle à tension constante Exercices Solutions CHAPITRE VI: Logiques CMOS 1 La logique complémentaire La logique proportionnelle La logique dynamique La logique domino La logique à base de portes de transmission Applications Réalisation de circuits complexes avec des multiplexeurs L unité arithmétique et logique (UAL) UAL première version UAL deuxième version Exercices Solutions...127

5 XI CHAPITRE VII: Les Circuits à Mémoire 1 Les bascules Les bascules dynamiques Les bascules statiques Problème de transparence des bascules Dessin des masques d une bascule à niveau Dessin des masques d une bascule à front Les registres Registre à 4 entrées parallèles Registre série ou à décalage Transferts de registres Transfert de registres directs Transfert de registres à travers un bus de données Transfert à travers un MUX Synchronisation des transferts Application à la transformation d un circuit séquentiel La mémoire RAM Lecture d une RAM Ecriture dans une RAM Organisation linéaire Organisation matricielle La mémoire cache Exercices Solutions CHAPITRE VIII: Architecture Opérative/Contrôle des C.I. 1 notion d architecture La partie opérative La partie de contrôle Représentations d une architecture Le comportement Transformation d un ASM en architecture Génération du dessin de la partie operative Etude de cas: La Multiplication série

6 XII 5 Téchniques d optimisation La technique d ordonnancement La technique de pipe-line Applications Le calcul du factoriel La division Le calcul de puissance Exercices Solutions CHAPITRE IX: Architecture des Microprocesseurs 1 Introduction Exemple d architecture dite Von Neuman Codage des instructions Définitions des instructions ou ISA Exemple de programme du microprocesseur Logigramme de décodage de l ISA La partie opérative du microprocesseur La partie contrôle du microprocesseur Architecture complète du microprocesseur Architectures CISC/RISC La simplicité des instructions et des modes d adressages Le concept registre-registre ou (load/store) La mémoire hiérarchisée Le pipe-line La partie contrôle réalisée en hardware Les compilateurs optimisants Exemple d architecture Le multiprocessing Architecture SMP (ou Architecture à mémoire partagée) Architecture MMP (ou Architecture à mémoire distribuée) L évolution des microprocesseurs Perspectives...193

7 XIII Annexe I: Le Langage VHDL Bibliographie Index