ACD301 - Chương 1: Công nghệ CMOS và quy trình thiết kế với SPICE

Đáp án đúng: ".ac". Lệnh .ac tuyến tính hoá mạch quanh điểm làm việc DC rồi quét tần số (dec, oct hoặc lin) để cho đáp ứng biên độ và pha tín hiệu nhỏ, dùng vẽ Bode, tìm băng thông và phase margin. ".dc" sai vì lệnh này quét một nguồn hay tham số một chiều để vẽ đặc tuyến truyền đạt tĩnh, hoàn toàn không có biến tần số. ".tran" sai vì đó là phân tích quá độ theo thời gian với mô hình phi tuyến đầy đủ, cho dạng sóng chứ không cho đáp ứng tần số tín hiệu nhỏ. ".op" sai vì nó chỉ tính một điểm làm việc DC (điện áp nút, dòng nhánh, tham số tín hiệu nhỏ của linh kiện) và dừng ở đó, không quét tần số.

Đáp án đúng: "The supply voltage decreases, reducing signal swing without a corresponding reduction in noise". Thu nhỏ CMOS buộc giảm điện áp nguồn để bảo vệ ôxít cổng mỏng, nên biên độ tín hiệu cho phép co lại; còn nhiễu nhiệt kT/C và nhiễu linh kiện không giảm theo, dẫn tới dải động và tỉ số tín hiệu trên nhiễu bị thu hẹp, buộc nhà thiết kế analog tốn thêm công suất hoặc diện tích. "The number of transistors per chip decreases over time." sai vì theo định luật Moore số transistor trên chip tăng chứ không giảm. "Digital circuits cannot be integrated with analog circuits on the same chip." sai vì mạch hỗn hợp tín hiệu trên cùng chip (SoC) là thực tế phổ biến, khó khăn chỉ ở nhiễu ghép chứ không phải không tích hợp được. "CMOS technology is primarily designed for low-power applications only." sai vì CMOS được dùng cho đủ dải ứng dụng kể cả hiệu năng cao, và điều này không giải thích được khó khăn riêng của analog.

Đáp án đúng: "0.84". Diện tích die không đổi mà số linh kiện tăng gấp đôi sau hai năm thì mật độ tăng √2 lần mỗi năm. Diện tích một linh kiện tỉ lệ với bình phương kích thước tuyến tính, nên kích thước tuyến tính nhân với (1/√2)^(1/2) = 2^(−1/4) ≈ 0.84 mỗi năm; kiểm lại 0.84² ≈ 0.71 cho diện tích mỗi năm và 0.71² ≈ 0.5 sau hai năm. "0.71" sai vì đó là hệ số thu nhỏ diện tích mỗi năm, hoặc hệ số kích thước tuyến tính sau cả hai năm, không phải kích thước tuyến tính mỗi năm. "0.50" sai vì đó là hệ số thu nhỏ diện tích sau hai năm, gộp cả hai bước. "0.60" sai vì 0.6² = 0.36 nghĩa là mật độ tăng gần 2.8 lần mỗi năm, nhanh hơn rất nhiều so với gấp đôi mỗi hai năm.

Đáp án đúng: "To simulate circuits for design verification and evaluation.". SPICE giải hệ phương trình mạch dựa trên mô hình linh kiện để tính điểm làm việc, đáp ứng tần số và quá độ, giúp nhà thiết kế kiểm chứng và đánh giá mạch trước khi chế tạo, nhất là với vi mạch không thể sửa sau khi tape-out. "To fabricate experimental circuits." sai vì SPICE là phần mềm mô phỏng, không chế tạo mạch; việc chế tạo do quy trình công nghệ ở xưởng đúc thực hiện. "To replace mathematical models in circuit analysis." sai vì SPICE chính là dùng các mô hình toán của transistor (như BSIM) để tính, nên nó dựa vào mô hình chứ không thay thế chúng; phân tích tay vẫn cần để hiểu và định cỡ mạch. "To design mechanical systems." sai vì SPICE chuyên cho mạch điện tử, không phải công cụ thiết kế hệ cơ khí.

Đáp án đúng: "32". Bản điều chỉnh năm 1975 của định luật Moore dự đoán số linh kiện trên mỗi die tăng gấp đôi sau mỗi hai năm, nên trong 10 năm có 5 lần nhân đôi, hệ số tăng là 2^5 = 32. "10" sai vì đó là cách đọc tăng tuyến tính hoặc tăng một bậc thập phân, không phản ánh quy luật nhân đôi theo hàm mũ. "1024" sai vì 2^10 ứng với nhân đôi mỗi năm, tức nhịp của phát biểu ban đầu năm 1965 chứ không phải bản 1975. "128" sai vì 2^7 đòi bảy lần nhân đôi trong 10 năm, tức chu kỳ khoảng 17 tháng, không khớp với nhịp hai năm của bản 1975.

Đáp án đúng: "To interface with the physical world via transducers and sensors.". Đại lượng vật lý như âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ, sóng vô tuyến đều liên tục; cảm biến và bộ chuyển đổi cho ra tín hiệu tương tự nhỏ cần được khuếch đại, lọc, chuyển đổi ADC/DAC trước và sau khi xử lý số, nên mạch tương tự vẫn không thể thiếu. "Because all modern systems are fully analog." sai vì đa số hệ thống hiện đại xử lý chủ yếu bằng số, phần tương tự chỉ nằm ở biên giao tiếp. "Because digital circuits are less reliable than analog circuits." sai vì mạch số thường bền với nhiễu và biến thiên công nghệ hơn mạch tương tự, nên đó không phải lý do. "To increase the complexity of analog systems beyond digital systems." sai vì tăng độ phức tạp không phải là mục tiêu thiết kế, và xu hướng là chuyển chức năng sang miền số càng nhiều càng tốt.