Detail předmětu

Modelování a počítačová simulace

FEKT-BMPSAk. rok: 2016/2017

Modelování a analýza elektronických obvodů a mikroelektronických struktur.
Analyzační a simulační programy SNAP a OrCadPSpice. Význam a použití různých typů analýz.
Individuální projekty.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit co je to standard SPICE
- vyjmenovat základní analýzy v programech typu SPICE
- využít SPICE modely součástek z Internetu k analýze obvodů v programu typu SPICE
- vyřešit běžně se vyskytující problémy s konvergencí v programech typu SPICE
- zadat simulační úlohu ve formě textového vstupního souboru
- vysvětlit podstatu behaviorálního modelování
- ovládat grafický postprocesor PROBE

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen:
- vysvětlit co je to lineární a nelineární elektrický obvod
- vysvětlit pojmy počáteční podmínky, přechodný děj, ustálený stav
- vysvětlit, jak se měří stejnosměrné charakteristiky nelineárních prvků
- vysvětlit, jak se měří kmitočtové charakteristiky obvodů
- popsat základní vlastnosti bipolárních a unipolárních tranzistorů
- popsat základní lineární a nelineární charakteristiky operačních zesilovačů
- nakreslit schémata základních zesilovačích struktur s operačními zesilovači a vysvětlit jejich funkci

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Student odevzdává jeden individuální projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

do 30 bodů za individuální projekt
do 10 bodů za praktické přezkoušení v Cp
do 10 bodů za Cp
do 50 bodů za zkoušku, z toho do 40 bodů za písemnou a do 10 bodů za ústní část.

Osnovy výuky

1) Modelování, analýza, simulace. Typy modelů, typy analýz. Nejčastější cíle analýzy elektronických obvodů.
2) Softwarové nástroje pro simulaci. Popis možností dostupných analyzačních a simulačních programů.
3) Struktura programů založených na symbolických algoritmech. Metody zadávání vstupních dat. Soubory podporující simulaci. Mechanismy výpočtů obvodových funkcí. Mechanismy získávání numerických výsledků.
4) Struktura numerických simulátorů se zaměřením na OrCadPSpice. Filozofie modelování. Struktura vstupních souborů a jejich tvorba.
5) Zásady tvorby netlistu. Modely základních obvodových prvků. Příkaz .model. Subobvody a práce s nimi.
6) Základní typy analýz - rozdělení a vlastnosti. Syntaxe.
7) Rozšiřující typy analýz - rozdělení a vlastnosti. Teplotní analýza - přehledově.
8) Práce s postprocesorem PROBE.
9) Analýza "Transient". Práce s počátečními podmínkami a stejnosměrným pracovním bodem. Hledání ustálených stavů. Fourierova analýza.
10) Analýza "DC".
11) Analýza "AC". Šumová analýza.
12) Rozšiřující analýzy podrobně.
13) Konvergenční problémy a způsoby jejich překonávání. Práce s globálními podmínkami simulace. Práce s příkazem .NODESET.

Učební cíle

Navázat na základní znalosti z oblasti návrhu analogových obvodů, polovodičových prvků a mikroelektronických struktur. Zvládnutí problematiky počítačové analýzy a modelování prvků a obvodů.

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

Individuální projekty.

Základní literatura

BIOLEK, D. Modelování a počítačová simulace. Sbírka příkladů. VUT Brno, 2015.
BIOLEK, D. Modelování a simulace v mikroelektronice. Elektronické učební texty, UMEL FEKT VUT v Brně, 2005. (CS)
http://user.unob.cz/biolek (CS)
KOLKA, Z. a kol. Modelování a simulace pomocí PSpice. Tribun, 2011, ISBN 9788073992934.

Doporučená literatura

BIOLEK, D. Řešíme elektronické obvody aneb kniha o jejich analýze. BEN, technická literatura, 2004. ISBN 80-7300-125-X. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-B bakalářský

    obor B-MET , 2 ročník, letní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Dalibor Biolek, CSc.

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

52 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Šťáva, Ph.D.
Ing. Jan Prášek, 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.