Direct to Dean

Microelectronic Devices and Circuits Design

อุปกรณ์และการออกแบบวงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์                                

4(4-0-8)

วิชาบังคับก่อน:  ENG39 2003 วัสดุอิเล็กทรอนิกส์ และ ENG39 2006 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

โครงสร้างและหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์มอสฟิลด์เอฟเฟค การไบแอส ซีมอส วงจรดิจิทัลลอจิกซีมอส การวาดลายวงจร (Layout) โครงสร้างและหลักการทำงานทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ การไบแอส เทคโนโลยีการสร้างระดับจุลภาพ แบบจำลองทรานซิสเตอร์เมื่อสัญญาณมีขนาดต่ำ (Small-signal models) วงจรขยายสัญญาณโดยใช้ทรานซิสเตอร์มอสฟิลด์เอฟเฟคและทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์ ข้อแตกต่างของวงจรขยายสัญญาณแบบวงจรรวมและแบบทั่วไป ซอฟต์แวร์สำหรับจำลองการทำงานของอุปกรณ์และวงจร รวมถึงนักศึกษาจะได้ฝึกปฏิบัติการออกแบบอุปกรณ์และวงจรโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์

ผลลัพธ์การเรียนรู้ที่คาดหวังระดับรายวิชา

  1. อธิบายโครงสร้างและหลักการทำงานของ NMOS และ PMOS ได้ ระบุ Modes of operation ของ MOSFETs ได้ อธิบายข้อดีและข้อด้อยของ MOSFETs เมื่อเปรียบเทียบกับ BJT ได้ เข้าใจที่มาของความสัมพันธ์กระแสและความต่างศักย์ และอธิบายวิธีการสร้างและการวาด Layout เบื้องต้นของ MOSFETs
  2. เข้าใจหลักการทำงาน คุณสมบัติทางเทคนิค และการใช้งานของ Inverters ในวงจร Digital electronics อธิบายโครงสร้างและหลักการทำงานของ CMOS inverter ได้ รวมทั้งเข้าใจเหตุผลที่ต้องใช้ CMOS แทน NMOS หรือ PMOS inverter อธิบายการเกิด Power dissipation ทั้ง Static และ Dynamic operation ได้ สามารถเขียนวงจร Logic gates เบื้องต้นได้ และรู้วิธีทำ Transistor scaling และอธิบาย Layout เบื้องต้นของ CMOS/CMOS logic gates ได้
  3. อธิบายโครงสร้างและหลักการทำงานของ BJT ได้ ระบุ Modes of operation ของ BJT และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับความต่างศักย์ได้ เข้าใจหลักการ Biasing แบบต่าง ๆ และคำนวณหา Operating point ของวงจรได้ และใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการจำลองการทำงานของ BJT ได้
  4. เข้าใจความหมายของ Small-signal model และอธิบาย Small-signal models สำหรับ MOSFETs และ BJT ได้ สามารถเขียน AC equivalent circuit ได้และคำนวณหา Voltage gain ของวงจรขยายสัญญาณที่ใช้ MOSFETs และ BJT ทั้ง 3 รูปแบบได้ รวมทั้งหาค่า Input/output impedance ของวงจร อธิบายวงจร DC bias และเข้าใจเหตุผลที่ต้อง Coupling/bypass capacitors และสามารถคำนวณหา Voltage gain ของวงจรขยายสัญญาณที่กำหนดให้ได้
  5. ระบุความแตกต่างระหว่าง Discrete-circuit amplifier กับ Integrated circuit amplifier ได้อธิบายหลักการออกแบบ The basic gain cells ของ IC amplifiers โดยเฉพาะวงจรขยายสัญญาณที่ใช้ Current-source loads เข้าใจเทคนิคเพิ่ม Voltage gain โดยใช้ Cascode amplifiers สามารถอธิบายเทคนิคการไบแอสโดยใช้ Current source และวงจรสร้าง Current sources สามารถออกแบบและวิเคราะห์วงจร Cascode amplifiers โดยใช้ BJT และ MOSFETs ได้
  6. สามารถใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการจำลองการทำงานของอุปกรณ์และวงจรที่ใช้ MOSFETs และ BJT ได้ รวมทั้งเรียนรู้การ Troubleshooting ของวงจรโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์

Microelectronic Devices and Circuits Design

Prerequisite: ENG39 2003 Electronic Materials and ENG39 2006 Electronic Devices

Device structures and operating principles of MOSFET, biasing, CMOS, digital logic gates, layout, device structures and operating principles of BJT, biasing, integrated circuit fabrication technology, Small-signal model of transistors, amplifier circuits using BJT and MOSFET, the differences between IC-based amplifier circuits and discrete circuits, device and circuit simulation using software.

Course Learning Outcomes (CLOs)

  1. Describe device structure and operating principles of NMOS and PMOS, identify modes of operation, compare the technical characteristics between MOSFET and BJT, understand the i-v characteristics and know the basic layouts.
  2. Understand operating principles, characteristics, and applications of an inverter in digital electronic circuits, explain the advantages of a CMOS inverter, understand static and dynamic characteristics of CMOS inverters, design logic gates using a reference inverter and know the logic gate layout.
  3. Describe the device structure and operating principles of BJT, understand the i-v characteristics, biasing, determine an operating point of the circuit, and demonstrate how the device work using a simulation software.
  4. Understand the definition of a small-signal model, describe the model for both BJT and MOSFET, draw the dc/ac equivalent circuit, calculate voltage gain of the amplifiers for all three basic configurations, determine the input and output impedance of the circuits and understand the functions of bypass and coupling capacitors.
  5. Identify the technical differences between the discrete-circuit amplifier and the integrated-circuit amplifier, understand the design of the basic gain cells of IC amplifiers, design the current-source loads, understand the techniques to improve gain using a cascade amplifier, understanding biasing using a current source.
  6. Know how to use a simulation software for device and circuit modelling and understand the techniques to troubleshoot the electronic circuits.