Detail předmětu

Modelling and simulation in microelectronics

FEKT-NMSIAk. rok: 2013/2014

Předmět je zaměřen na problematiku počítačového modelování a analýzy elektronických obvodů a mikroelektronických struktur. V rámci předmětu je student seznámen s obecnými principy, možnostmi a omezeními počítačové analýzy elektronických obvodů, významem a použitím jednotlivých typů analýz. Praktické zkušenosti s využitím počítačového modelování a simulací získají studenti při vypracování individuálních projektů zaměřených na vytvoření vlastního modelu elektronické součástky, simulací základních parametrů a chování této součástky a prezentaci získaných výsledků.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Jaroslav Kadlec, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- obsluhovat nástroj pro počítačovou analýzu a simulaci elektronických obvodů,
- zvolit vhodný typ počítačové simulace a nastavit její parametry v závislosti na požadovaném výstupu,
- provádět počítačovou simulaci elektronických obvodů,
- analyzovat a odstranit případné chyby bránící korektní počítačové simulaci
- získávat, analyzovat a verifikovat výsledky simulací,
- vytvářet modely elektronických analogových i digitálních prvků.

Prerekvizity

Student, který si zapíše tento předmět, by měl být schopen vysvětlit základní fyzikální a elektrotechnické principy; odvodit a analyzovat chování analogových a digitálních elektronických součástek; diskutovat základní pojmy z oblasti pravděpodobnosti a statistiky. Je vhodné absolvování předmětu BMPS a jsou předpokládány znalosti základů počítačových simulací.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a ostatní aktivity. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

až 30 bodů za individuální projekt
až 10 bodů za obhajobu individuálního projektu v Cp
až 10 bodů za Cp
až 60 bodů za zkoušku
Odevzdání a obhajoba individuálního projektu jsou nutnými předpoklady pro umožnění absolvování zkoušky. Zkouška je formou písemného testu a je zaměřena na ověření znalostí možností a způsobů využití počítačového modelování a simulací na příkladech řešených v rámci výuky tohoto předmětu.

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky počítačového modelování a simulací elektronických obvodů a mikroelektronických struktur.
2. Základní postupy, charakteristiky prvků
3. Stejnosměrné analýzy, teplotní analýza
4. Střídavé analýzy, základní kmitočtové a šumové analýzy, zobrazení výsledků střídavé analýzy
5. Časové analýzy, zdroje v časové oblasti, Fourierova analýza
6. Statistické analýzy a optimalizace
7. Hierarchické modelování
8. Základní digitální simulace
9. Digitální zdroje, převod logických úrovní na analogový signál
10. Simulace digitálních obvodů, realizace logické funkce
11. Analýza hazardních stavů digitálních obvodů
12. Smíšené digitálně-analogové obvody a jejich simulace

Učební cíle

Cílem předmětu je navázat na základní znalosti z oblasti návrhu analogových obvodů, polovodičových prvků a mikroelektronických struktur a poskytnout studentům základní orientaci v problematice počítačové analýzy a modelování elektronických a mikroelektronických prvků a obvodů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka a obhajoba individuálních projektů jsou povinné.

Základní literatura

Vladimirescu, A. The SPICE book. John Wiley & Sons, Inc., 1994, ISBN 0-471-60926-9 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-MEL , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaroslav Kadlec, Ph.D.

Osnova

Modelování, analýza, simulace. Simulované obvody a děje. Matematické modely v obvodových simulátorech. Simulační programy.
Struktura programů založených na symbolických algoritmech. Modelování a analýza linearizovaných obvodů.
Struktura numerických simulátorů. SPICE. Modely součástek.
Tvorba modelu obvodu. Práce se schématickým editorem.Typy analýz, analyzační módy a režimy.
Analýza "Transient". Fourierova analýza.
Analýzy "AC" a "DC". Šumová analýza.
Rozšiřující typy analýz. Analyzační režimy.
Krokování, teplotní a vyhodnocovací analýza.
Analýzy "Monte Carlo" a "Worst Case".
Optimalizace.
Hierarchické modelování.
Problémy při počítačové simulaci a způsoby jejich překonávání.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jaroslav Kadlec, Ph.D.

Osnova

Úvodní hodina. Práce s programem SNAP 2.6.
Práce s programem SNAP 2.6.
Úvod do programu OrCAD PSpice. Práce v textovém módu. Zadání projektu.
Úvod do programu OrCAD PSpice. Práce v schématickém editoru
Řešení vzorových příkladů na různé typy analýz.
Analýza "Transient". Fourierova analýza. Práce na projektu.
Analýzy "AC" a "DC". Šumová analýza. Práce na projektu.
Analýzy .TF, .SENS. Praktické přezkoušení.
Krokování, teplotní a vyhodnocovací analýza. Práce na projektu.
Analýzy "Monte Carlo" a "Worst Case". Práce na projektu.
Optimalizace. Práce na projektu.
Hierarchické modelování. Práce na projektu.
Finální práce na projektu.