Table Of ContentМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Кафедра микро- и наноэлектроники
Р
И
У
Г
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Б
по дипломному проектир ованию
а
для студентов специальностей I-41 01 02 «Микро- и наноэлектронные
технологии и системы» и I-41 01 03 «Квантовые информационные системы»
к
всех форм обучения
е
т
о
и
л
б
и
Б
Минск 2007
УДК 621.382.8.049.771(075.8)
ББК 32.844.1 я 73
М 54
Рецензент:
старший преподаватель кафедры электронной техники и технологии БГУИР
Н. С. Собчук
Р
Составители:
Б. С. Колосницын, А. С. Шматин, В. В. Шульгов
И
У
Г
Б
Методические указания по дипломному проектированию для
а
М 54 студ. спец. I-41 01 02 «Микро- и наноэлектронные технологии и систе-
мы» и I-41 01 03 «Квантовые икнформационные системы» всех форм
обуч. / сост. Б. С. Колосницын, А. С. Шматин, В. В. Шульгов. – Минск :
е
БГУИР, 2007. – 39 с.
ISBN 978-985-488-1т59-1
В методических указаниях приводится перечень тем дипломных проектов,
о
отражающих современные научно-технические проблемы. Конкретизируются права
и обязанности руководителей и консультантов дипломных проектов и студентов-
и
дипломников, дается краткое содержание обязательных разделов расчетно-
пояснительной записки проекта, порядок выполнения и защиты дипломного проекта
л
Методические указания в соответствии с требованиями регламентируют те-
матику,б объем и содержание дипломных проектов студентов специальностей «Мик-
ро- и наноэлектронные технологии и системы» и «Квантовые информационные сис-
теимы».
Б
УДК 621.382.8.049.771(075.8)
ББК 32.844.1 я 73
ISBN 978-985-488-159-1 © Колосницын Б. С., Шматин А. С.,
Шульгов В. В., составление, 2007
© УО «Белорусский государственный
университет информатики
и радиоэлектроники», 2007
2
СОДЕРЖАНИЕ
1 Цель и задачи дипломного проектирования .............................................. 4
2 Организация дипломного проектирования ................................................ 4
2.1 Выбор тем дипломных проектов ...................................................... 4
2.2 Обязанности руководителя проекта и консультантов
по его разделам .................................................................................. 5
3 Тематика дипломных проектов .................................................................. 6
3.1 Общие требования к содержанию и составу проекта ..................... 6
Р
3.2 Оформление разделов проекта, относящихся к различным
направлениям разработки изделия ................................................... 7
И
3.2.1 Схемотехническое проектирование ........................................ 7
3.2.2 Конструкторское проектирование ........................................... 10
У
3.2.3 Технологическое проектирование ........................................... 13
3.2.4 Исследовательский (экспериментальный) разГдел проекта .... 15
3.2.5 Специальные разделы дипломных проектов .......................... 17
Б
4 Общие указания по оформлению дипломных проектов .......................... 18
4.1 Структура и объем пояснительной записки ................................... 18
4.2 Требования к оформлению пояснительной записки ...................... 19
а
5 Порядок выполнения и защиты дипломных проектов ............................. 26
5.1 Общие положения ..........................к.................................................. 26
5.2 Особенности представления материала на защите ........................ 29
е
Приложение А.................................................................................. 31
т
Приложение Б .................................................................................. 32
Приложение В .................................................................................. 34
Приложение Г ........о.......................................................................... 35
Приложение Д .................................................................................. 36
и
Приложение Е .................................................................................. 37
л
б
и
Б
3
1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Дипломное проектирование – важнейший этап обучения в вузе. Целью ди-
пломного проектирования является оценка знаний, умений и навыков студента
по специальности для решения вопроса о присвоении соответствующей инже-
нерной квалификации. Заключение о присвоении квалификации делается госу-
дарственной экзаменационной комиссией (ГЭК) по результатам защиты выпу-
скником квалификационной работы в виде дипломного проекта.
В процессе выполнения дипломного проекта одновременно решаются сле-
Р
дующие задачи:
- систематизация, закрепление и углубление теоретических и практических
И
знаний по специальности и применение их для решения конкретных инженер-
ных задач;
У
- приобретение умений и навыков самостоятельного планирования и вы-
полнения проектно-конструкторских, проектно-технологических или научно-
Г
исследовательских работ по специальности;
- приобретение навыков обобщения и анализаБ результатов ОКР и НИР,
выполненных другими разработчиками и исследователями;
- совершенствование умений разработки и оформления технической доку-
а
ментации, отражающей принятые технические решения;
- подтверждение подготовленности квыпускника к самостоятельной работе
в условиях современного производства, проектных и научно-исследовательских
е
организаций.
т
2 ОРГАНИЗАЦИЯ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
о
2.1 Выбор тем диипломных проектов
л
Для достижения указанной выше цели и успешного решения перечислен-
ных задач тембатика дипломных проектов должна быть актуальной для отрасли,
соответствовать современному состоянию и перспективам развития науки, тех-
и
ники и технологии.
Темы проектов и их руководители определяются выпускающей кафедрой и
Б
по представлению декана факультета утверждаются ректором. После издания
приказа и выдачи задания на дипломное проектирование темы проектов
изменению не подлежат.
Общий перечень тем дипломных проектов должен ежегодно обновляться и
доводиться до сведения студентов в установленном университетом порядке.
Темы дипломных проектов предлагаются преподавателями и научными
работниками выпускающих кафедр, а также специалистами предприятий, где
планируется работа будущих молодых специалистов. Студентам предоставля-
ется право выбора тем проектов, которые утверждаются до начала предди-
пломной практики.
4
Каждый студент может предложить и обосновать свою тему проекта. В
случае выбора темы, предложенной преподавателями кафедры или сотрудни-
ками научно-исследовательской части (НИЧ), студент проходит преддиплом-
ную практику в одной из лабораторий кафедры или НИЧ.
Дипломный проект выполняется студентом в течение времени, отведенно-
го для дипломного проектирования учебным планом специальности. Время
прохождения студентом преддипломной практики также включается в период
дипломного проектирования.
Р
2.2 Обязанности руководителя проекта и консультантов по его разделам
Руководителями дипломных проектов назначаются лица из проИфессорско-
преподавательского состава университета, как правило, профессора и доценты,
а также научные сотрудники и высококвалифицированные спУециалисты уни-
верситета, других организаций и предприятий.
Г
Руководитель проекта в соответствии с темой обязан выдать студенту за-
дание на преддипломную практику, в которое желательно включить вопросы,
Б
относящиеся к литературному обзору по теме дипломного проекта. Руководи-
тель также составляет задание на дипломное про ектирование с указанием срока
окончания работы над проектом, которое посале утверждения заведующим ка-
федрой выдается студенту. Позже задание вместе с готовым проектом пред-
к
ставляется в ГЭК.
В процессе работы студента над преоектом руководитель обязан:
- оказать студенту помощь в составлении календарного плана-графика на
т
весь период выполнения дипломного проекта;
- рекомендовать студенту необходимые литературные, нормативные, спра-
о
вочные и архивные материалы, типовые проекты, каталоги и альбомы техноло-
гического оборудования, приспособлений и инструмента, другие источники по
и
теме проекта;
- осуществить плодбор консультантов по специальным разделам проекта;
- проводить предусмотренные планом-графиком консультации со студен-
б
том, на которых обсуждается и осуществляется контроль расчетных и экспери-
ментальных результатов;
и
- контролировать ход выполнения работы и нести ответственность за свое-
Б
временное выполнение этапов в соответствии с планом-графиком вплоть до
защиты дипломного проекта;
- составлять отзыв на готовый дипломный проект.
Консультантами по отдельным разделам проекта назначаются профессора,
доценты и наиболее опытные преподаватели университета или высококвали-
фицированные специалисты и научные работники других организаций и пред-
приятий. Консультанты обязаны оказывать помощь студенту, проверять соот-
ветствующие разделы (части) выполненной работы и подтверждать их качество
и полноту, подписывая титульный лист проекта и соответствующие разделы
задания.
5
3 ТЕМАТИКА ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ
3.1 Общие требования к содержанию и составу проекта
В зависимости от приоритета проблем, решаемых в дипломных проектах,
кроме литературного обзора по теме проекта в них могут быть разделы (главы)
схемотехнического, конструкторского, технологического и исследовательского
(экспериментального) характера. Некоторые типы проектов могут содержать
сочетания перечисленных выше разделов. Р
По форме организации работы над проектом и его защиты проекты делятся
И
на индивидуальные и групповые (коллективные). При индивидуальном проек-
тировании каждый студент самостоятельно работает над выполнением задания
У
на дипломное проектирование.
В процессе группового проектирования несколько студентов на добро-
Г
вольных началах объединяются во временный творческий коллектив. Такой
коллектив разрабатывает комплекс взаимосвязанныБх научно-технических или
научно-исследовательских задач, объединенных единым замыслом. При этом
каждый студент получает индивидуальное задание на проектирование. Из
а
числа наиболее подготовленных студентов, причем его кандидатуру выдвига-
ют сами студенты, во временном творчкеском коллективе может назначаться
ведущий конструктор (технолог). Преи коллективном проектировании требует-
ся достаточно четкое разделение и организация труда исполнителей. Название
т
темы каждого исполнителя группового дипломного проекта состоит, как пра-
вило, из двух частей: общего названия темы и названия подтемы, разрабаты-
ваемой в рамках дипломноого проекта каждым студентом.
Тематика дипломного проектирования должна соответствовать современ-
и
ному состоянию развития схемотехники, конструирования и технологии мик-
роэлектронных излделий, отвечать по своему содержанию решению задач, из-
ложенных в разд. 1, и позволять студенту:
б
- проявить качества специалиста, способного самостоятельно осуществ-
лять схемиотехническое, конструкторское и технологическое проектирование
микроэлектронных устройств и систем, их составных частей;
Б
- ставить и решать задачи, связанные со схемотехникой, конструировани-
ем, технологией, производством изделий и необходимыми научными исследо-
ваниями;
- применять для решения поставленных задач персональный компьютер,
методы автоматизированного проектирования и современный математический
аппарат анализа и принятия решений (вероятностно-статистические методы,
моделирование, оптимизация и т.д.).
6
3.2 Содержание разделов проекта, относящихся к различным
направлениям разработки изделия
3.2.1 Схемотехническое проектирование
Комплекс схемотехнических мероприятий, имеющих отношение к проек-
тированию современных микроэлектронных устройств и систем, включает в
себя вопросы выбора вариантов схемотехнической реализации аналоговых и
цифровых устройств, цифровых и сигнальных микропроцессоров и микрокон-
Р
троллеров, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, устройств
функциональной электроники (линии задержки, ПЗС, ответвители, резонаторы,
И
фильтры, лазерные и оптические устройства, элементы акустоэлектроники и
обработки сигналов).
У
Комплексная схемотехническая разработка проводится в следующей по-
следовательности:
Г
- разработка структурных и/или функциональных схем;
- выбор и обоснование элементной базы; Б
- разработка электрических принципиальных схем;
- расчет номинальных значений параметров электрорадиоэлементов и
а
выбор соответствующих типономиналов используемых элементов.
Выбор элементной базы проводитсяк с помощью справочной литературы:
каталогов интегральных схем и справочников.
е
Разработка и расчет электрических схем осуществляется на основе зако-
нов электротехники, принципов дтействия электрорадиоэлементов, рекоменда-
ций схемотехнических руководств, справочников и отраслевых стандартов.
Расчет номинальных значений параметров элементов электрических схем
о
осуществляется на основе теории электрических цепей с учетом расчетных со-
отношений для радиоэлиектронных устройств. При этом не следует ограничи-
ваться номинальным значением основного параметра (для резистора – сопро-
л
тивления, для конденсатора – емкости и т.п.), а необходимо рассчитать допус-
тимое отклоненбие от номинала, допустимые температурные изменения, пре-
дельные эксплуатационные режимы (рассеиваемая мощность на резисторе, на-
и
пряжение на конденсаторе и т.п.). С учетом полученных в результате расчета
данных и требований задания по климатическим и механическим воздействиям
Б
проводят выбор типономиналов элементов по соответствующим справочникам.
Детализация и объем расчетов зависят от сложности объекта проектирования и
подлежат уточнению со стороны руководителя дипломного проекта.
При выполнении расчетов необходимо приводить аналитические выра-
жения, графические зависимости и методики расчетов, корректно ссылаться на
них и обязательно сопровождать полученные результаты исчерпывающими по-
яснениями и выводами.
Для подтверждения выбранных схемотехнических или основных техни-
ческих решений по функционированию объекта проектирования, а также с це-
лью анализа особенностей (достоинств и ограничений) используемых или фор-
7
мируемых сигналов выполняют математическое (общесистемное, структурное)
или схемотехническое моделирование на основе применения типовых, заимст-
вованных или разработанных (в дипломных работах) математических моделей.
Математическое моделирование сигналов и процессов их формирования
и обработки, а также процессов функционирования отдельных узлов и изделия
в целом выполняется, как правило, в среде MathCAD или MatLAB, а также с
помощью специализированных САПР.
Моделирование сложных объектов, в том числе устройств управления и
обработки информации, а также моделирование систем и комплексов, в состав
Р
которых входит разрабатываемое студентом устройство, прибор или модуль,
проводится в среде MatLAB на основе пакета визуального моделирования Si-
И
mulink, содержащего все необходимые модели аналоговых, цифровых, гибрид-
ных устройств и узлов микроэлектронных систем, а также средства визуализа-
У
ции и анимации процессов, позволяющие построить модель любой сколь угод-
но сложной электронной и электромеханической системы. Для моделирования
Г
сложных систем используются библиотечные модули и заготовки.
Для моделирования и комплексного анализаБ электрических принципи-
альных схем используется по усмотрению студента (или требованию руководи-
теля проекта) один или несколько указанных выше специализированных САПР:
а
Electronics Workbench (или Electronics Workbench Multisim), Spectrum Micro-
CAP, MicroWave Office (или APLAC), OкrCAD. Выбор той или иной САПР, как
правило, зависит от используемых схемных решений и предъявляемых к объек-
е
ту проектирования требований (частотных, параметрических, конструктивных,
электромагнитных и т.п.), а такжте с учетом имеющихся технических возможно-
стей.
В качестве тем дипломных проектов схемотехнического профиля могут
о
рассматриваться следующие вопросы:
- конфигурации ианалоговых интегральных схем;
- компараторы напряжения;
л
- операционные усилители;
- усовербшенствованные усилители;
- аналоговые мультиплексоры;
и
- схемы фазовой автоподстройки частоты;
- аналоговые перемножители сигнала;
Б
- широкополосные усилители мощности аналогового сигнала;
- аналоговые схемы на переключаемых конденсаторах;
- программируемые аналоговые интегральные схемы и аналоговые БМК;
- функциональные узлы комбинационного типа;
- функциональные узлы последовательного типа (автоматы с памятью);
- запоминающие устройства;
- арифметические устройства;
- специализированные стенды и специализированные пакеты программ
для практической реализации микроэлектронных устройств;
- проектирование вычислительного устройства на ПЛИС;
8
- расчёт устройства функциональной электроники;
- радиационно- и теплостойкие приборы;
- функциональное моделирование систем и устройств;
- стандартные протоколы обмена данных. Параллельный интерфейс
Centronics. Последовательные интерфейсы RS-232, RS-422 и др. Шинные ин-
терфейсы (PCI, ISA и др.).
Задание на дипломное проектирование при схемотехнической разработке
устройства, изделия или блока должно касаться той части устройства, которая
является объектом проектирования в соответствии с формулировкой темы ди-
Р
пломного проекта либо которая выделена для детальной проработки в случае,
если тема сформулирована достаточно широко. Задание на проектирование
И
должно включать:
- название темы проекта;
У
- назначение и объект установки разрабатываемого устройства, его связь
с другими частями изделия или блока, внешней средой и пр.;
Г
- структурную или функциональную схему устройства, электрические
показатели с указанием наиболее характерных данныхБ для проектируемого уст-
ройства;
- вид источника электрического питания (сеть, генератор, аккумулятор
а
и т.п.), номинальное напряжение, допуск на номинал, коэффициент пульсаций;
- эксплуатационные характеристикик: режим и характер работы изделия
(непрерывный, циклический и т.д.), требования к устойчивости проектируемого
е
изделия к различным видам воздействий (диапазон рабочих температур, отно-
сительная влажность, давление, часттотный диапазон и т.д.);
- требования к основным качественным показателям проектируемого из-
делия (точность и стабильность выходных параметров и др.);
о
- планируемый годовой объем выпуска проектируемого изделия или ука-
зание о типе производстива (массовое, крупносерийное и т.д.);
- специальные требования, специфичные для проектируемого изделия и
л
не оговоренные выше.
В схемотебхническом разделе проекта основное внимание при проектиро-
вании должно быть уделено следующим вопросам:
и
- анализу исходных данных на проектирование и разработку техническо-
го задания на схемотехническое проектирование изделия;
Б
- патентному поиску и обзору по теме проекта;
- выбору и обоснованию схемотехнических решений изделия;
- разработке структурных, функциональных и принципиальных схем,
расчёту и оптимизации их параметров;
- разработке математической модели микроэлектронного устройства;
- выбору перспективной элементной базы, пригодной для реализации за-
данных рабочих характеристик;
- расчёту основных рабочих характеристик элементов и узлов микроэлек-
тронных устройств;
9
- организации научного эксперимента по отработке и измерению основных
параметров микроэлектронных устройств;
- применению системы автоматизированного проектирования в процессе
разработки аппаратуры.
В схемотехническом разделе дипломного проекта могут использоваться
следующие виды комплексного моделирования:
- расчет по постоянному току (опция DC Operating Point);
- частотный анализ – построение АЧХ и ФЧХ (опция AC Frequency);
- расчет и анализ переходных процессов (опция Transient);
Р
- спектральный анализ – анализ Фурье (опция Fourier);
- анализ спектра внутренних шумов (опция Noise);
И
- анализ нелинейных и интермодуляционных искажений (опция Distortion);
- анализ режимов по постоянному и переменному току и переходных про-
У
цессов в моделируемом устройстве при вариации параметров выбранного ком-
понента схемы (опция Parameter Sweep);
Г
- температурные испытания моделируемой схемы (опция Temperature
Sweep); Б
- расчет карты нулей и полюсов передаточной характеристики моделируе-
мой схемы (опция Pole-Zero);
а
- расчет передаточных функций (опция Transfer Function);
- расчет относительной чувствительноксти характеристик исследуемой схемы
к изменениям параметров выбранного компонента при частотном анализе или
е
при расчете статического режима (опция Sensitivity);
- расчет значений параметровт компонентов при частотном анализе или при
расчете статического режима при предельных отклонениях выбранных харак-
теристик исследуемой схемы (опция Worst Case);
о
- статистический анализ по методу Монте-Карло (опция Monte Carlo).
Результаты моделиирования (математического, структурного, схемотехни-
ческого) должны сопровождаться исчерпывающими пояснениями и выводами.
л
3.2.2 Конбструкторское проектирование
и
В дипломном проекте конструкторского профиля решаются задачи по раз-
работке или модернизации микроэлектронных устройств и систем или функцио-
Б
нальных частей (блоков, субблоков и т.п.), входящих в их состав. Разработка или
модернизация конструкций выполняется на уровне эскизного или технического
проекта с дальнейшим отображением принятых решений в конструкторской до-
кументации (чертежах).
В качестве тем дипломных проектов, где разрабатывается конструкция из-
делия и имеется конструкторский раздел, могут рассматриваться следующие
вопросы:
- топология транзисторных структур;
- топология многоканального усилителя;
- топология интегрального приемопередатчика;
10
