SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

전자회로 II 1

1st Lecture: Electronic Circuit Design

Hoi-Jun Yoo

2013. 9. 2

Semiconductor System Laboratory

Dept. of E.E. KAIST

전자회로 II 2SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

Professor Smith

전자회로 II 3SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

Outline

• 무엇을 배울 것인가 ?– What is different from other classes?– Analog system 의 요소들

• Why do you need this class?– Do we really need learn these “Circuits”?– Software vs Hardware

• What is “Design”?– Engineer or Designer?

전자회로 II 4SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

아는만큼 보인다 !

Q 1 Q 2

ENABLE

Level Shifter VPPLevel Shifter V PP

VCC

VCC

VCC

Q M

b

Q 0

Q' 0 (Long)VCC

OSCEN

NOR

a OSC

OSCV CC

VCCf g

VCC

C PQ 3 Q 4

d

e

c

Q 5

Level MonitorRing Oscillator Charge Pump

못 보던 것을 볼 수가 있고 못 느끼던 것을 느낄 수가 있고생각하지 못했던 것을 생각할 수 있으며새로운 삶을 살 수가 있다 .

전자회로 II 5SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

스마트 폰 속 보기

MSM

MEMORY

Base Band Block

RF Block

Melody chip

UIM

IFR

RFTPLL

TX 부 RX 부

PAM

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스마트 폰 기능 블록

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Tablet PC 속 보기

DragonballMotorola DSP

Flash / DRAM / Unknown Parts

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Tablet PC 기능 블록

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Electronic Circuits

• Analog/RF: TV, 휴대폰 -Receive a small RF signal

Amplify it

Driver the Speaker

• Digital: MP3 Player, PDA-Read digital data

Decode the data

Convert digital data into analog signal

Drive the speaker

u1

x2

x1

* / *

Q

QSET

CLR

S

R

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Electronics vs Digital vs System Design

• V, I: Continuous Time, Cont. Amplitude• V, I + Information Theory Digital• V, I + IT + Software System

입력단 출력단증폭단

Bias 회로

Active Load

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HW vs SW

소자회로

시스템응용

서비스

HardwareSoftware

DedicatedFlexible

Low Performance High Performance

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미래 시스템 HW + SW + Application

R ISC

3DRE

BEQ DP -SRAM

T ex tu reM em ory

F ram eB u ffe r

D ep thB u ffe r

I$ D $

PPO

SatisfactionVLSI회로

HardwareSystem

SoftwareSolution

ServiceSolution

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회로들로 시스템을 만든다

Device

Circuit in

VCC

PMOS

NMOS

VSS = GND

out

in

out

VCCin

V SS

out

P-Subtrate

n-wellP + P + N +N +

inoutVCC

V SS

in outLogic

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시스템 설계의 비밀• 단순화 / 추상화 :Abstraction

– 복잡한 대상을 쉽게 다룰 수 있도록 도와준다 .

Model(?) SystemBrainBoard

MCU

instructionSet: int=32frequency:int=50MspeedVoiceProc:int=0.0004processi ngT imeColor:in t=0.1

checkColo r():voidcheckLEDNumberOn():voidcontro lMotion():voidcheckBottom():voidcheckDam agePoint():vo idcheckMotorSpeed():voidcheckBulle t():voidcomm andShoot():void

Bluetoo th

comm unicate

1

transInfo

1

receive Info1

FPGA

imageData_y:intcompressibi l i ty:in t

compressImageSi.. .

LCD

displayBit:int=32

display():voi d

display1

SRAM

capacity: int=6

storage Image...

writeIm ageData 1

sendIm ageData1

VoiceRecogniti on

recogWords:char=20

voiceIn terrup t():void

voiceComm and1voiceIn terrup t1

VideoDecoder

imageData_X:intimageData_Y:int

conversionAD():void

transIm ageData1

getBottomeStatus1

sendIm geData1

checkBull etNumber

1

contro l

1checkSpeed

1

soundOn

1

comm andShoo t

1

checkDam agePoint

1

checkLED 1

decLED

1

transInfo

1

receive Info1

display1

writeIm ageData 1

sendIm ageData1

voiceIn terrup t1

transIm ageData1

inputImageData

1

Body

AreaSensorCamera

Encoder

IR

shootIR

1

dam age

1

LEDMotorDriver

sendSpeed

1

Sound

getBottomeStatus1

sendIm geData1

inputImageData

1

checkSpeed

1

checkBull etNumber

1

comm andShoo t

1

checkDam agePoint

1

checkLED 1

decLED

1

contro l

1

sendSpeed

1

soundOn

1

Commander

voiceComm and1

Commander

Our Forces Robot

comm unicate

1

Our Forces Robot

Enemy1

shootIR

1

dam age

1

Enemy1

전자회로 II 15SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

당신은 디자이너인가 엔지니어인가 ?

• 설계와 Design– 자동차 설계 or 자동차 디자인– TV 설계 or TV 디자인

• 엔지니어 = 과학자 + 디자이너 + 경영자– 빌 게이츠 , 스티브 쟙스 , 진대제 장관

전자회로 II 16SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

알림판

• 강의 : 유 회 준 교수 (Semiconductor System Lab)– 사무실 : 전자과 1 층 1221 호 , – 전화 : (042)350-3468– E-mail: hjyoo@ee.kaist.ac.kr

• 조교– 하언수 ( 박 1): unsoo@kaist.ac.kr T-8068– 김유창 ( 석 2): youchang.kim@kaist.ac.kr T-5468

• 숙제 제출 장소 : 반도체 시스템 실험실– 전자과 1 층 1233 호

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Books

• 교재– “Microelectronic Circuits” by Sedra and Smith

• 참고 도서– “Fundamentals of Microelectronics” by Razavi

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강의 일정 -1Date Lecture Contents Homework

9 월 2 일 ( 월 ) Introduction and Why Microelectronics?

9 월 4 일 ( 수 ) OP-Amp revisited

SPICE Simulation9 월 6 일 ( 금 ) Basic Physics of Semiconductor

9 월 9 일 ( 월 ) Basic Physics of Semiconductor

9 월 11 일 ( 수 ) Diode Models and Circuits

9 월 13 일 ( 금 ) Diode Models and Circuits

9 월 16 일 ( 월 ) Physics of Bipolar Transistor

OP Amp Design9 월 18 일 ( 수 ) Physics of Bipolar Transistor

9 월 20 일 ( 금 ) Physics of Bipolar Transistor

9 월 23 일 ( 월 ) Bipolar Amplifiers

BJT Models9 월 25 일 ( 수 ) Bipolar Amplifiers

9 월 27 일 ( 금 ) Bipolar Amplifiers

전자회로 II 19SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

강의 일정 -2

9 월 30 일 ( 월 ) Bipolar Amplifiers (Make-up)

BJT Amp Design

10 월 2 일 ( 수 ) Bipolar Amplifiers (Make-up)

10 월 4 일 ( 금 ) Physics of MOS Transistoirs

10 월 7 일 ( 월 ) Physics of MOS Transistoirs

10 월 9 일 ( 수 ) Physics of MOS Transistoirs

10 월 11 일( 금 )

CMOS Amplifiers

10 월 14 일( 월 )

ISSCC 출장

BJT Amp Experiment

10 월 16 일( 수 )

CMOS Amplifiers

10 월 18 일( 금 )

CMOS Amplifiers

10 월 21 일( 월 )

Mid-Term Exam

10 월 23 일( 수 )

Mid-Term Exam

10 월 25 일( 금 )

Mid-Term Exam

전자회로 II 20SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

강의 일정 -310 월 28 일

( 월 )CMOS Amplifiers

CMOS Transistors10 월 30 일

( 수 )Cascode and Current Mirrors

11 월 1 일 ( 금 ) Cascode and Current Mirrors

11 월 4 일 ( 월 ) Cascode and Current Mirrors

CMOS Amp Design

11 월 6 일 ( 수 ) Differential Amplifiers

11 월 8 일 ( 금 ) Differential Amplifiers

11 월 11 일( 월 )

Differential Amplifiers

11 월 13 일( 수 )

OP-Amp

11 월 15 일( 금 )

ISSCC 출장

11 월 18 일( 월 )

OP-Amp

2-Stage Amp Design

11 월 20 일( 수 )

OP-Amp

11 월 22 일( 금 )

OP-Amp

11 월 25 일( 월 )

OP-Amp

전자회로 II 21SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

강의 일정 -4

12 월 11 일( 수 )

Wrap-up 　

12 월 13 일( 금 )

Wrap-Up 　

12 월 16 일( 월 )

Final Exam 　

12 월 18 일( 수 )

Final Exam 　

12 월 20 일( 금 )

Final Exam 　

전자회로 II 22SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

Homeworks & Projects

• 매 Chapter 마다 5-10 개의 연습 문제 풀이 숙제

• Project 1– Two Stage Transistor Amp. 의 설계 , 분석 및 실제

회로 꾸미기 등으로 각각 방법의 차이와 일치점을 찾아 볼 것 .

• Project 2– OP Amp 회로 SPICE Simulation

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시험 및 성적

• 중간 고사 및 기말 고사– 시간 무제한 ( 여한이 없도록 답안을 채우고 나가기 )

• 성적– 중간고사 : 35%– 기말고사 : 35%– 프로젝트 : 20%– 숙제 : 10%

• 프로젝트와 숙제에서는 “창의성”을 높이 평가할 것임 . 베낀 숙제와 프로젝트는 Penalty 있음 .

• 신청자 한하여 구두 시험 볼 수 있음 .

전자회로 II 24SS LS em i c on duc tor S y stem L ab

What you have learned….

• 회로에 대한 개념• Passive + Active 회로 ( 주로 OP Amp)• Diode, Diode 회로• Transistor, Transistor 회로• Large Signal Model: DC Analysis

– Bias 잡는 방법

• ……