Detail předmětu
Návrh moderních elektronických obvodů
FEKT-DRE1Ak. rok: 2016/2017
Studenti se seznámí s pokročilými metodami pro počítačové modelování elektronických obvodů (výpočet ustálené odezvy, přibližná symbolická analýza, modelování systémů v jazyku VHDL-AMS, řešení obvodů s úseky vedení, analýza integrity signálu, simulace obvodů se spínači), návrh analogových integrovaných obvodů (základní prvky v technologii CMOS, návrh základních analogových bloků, řešení speciálních úloh - ochrana před elektrostatickými výboji, latch-up, EMC integrovaných obvodů), s optimalizací obvodů ( formulace kriteriální funkce, lokální optimalizační metody, globální optimalizační metody, více-kriteriální úlohy).
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Prerekvizity
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Způsob a kritéria hodnocení
Osnovy výuky
- Metody pro řešení ve stejnosměrné, frekvenční a časové oblasti. Přesnost výpočtu, problémy s konvergencí.
- Výpočet ustálené odezvy v časové, spektrální a kombinované oblasti. Metody pro přibližnou symbolickou analýzu a jejich využití.
- Metody pro řešení obvodů s úseky vedení. Využití pro analýzu integrity signálu v diskrétních i integrovaných aplikacích.
-Simulace obvodů se spínači. Zpracování nekonsistentních počátečních podmínek.
2. Základní teorémy pro obvody se soustředěnými a rozloženými parametry - 1 seminář
- Matematicky popis vysílacího a přijímacího anténního systému.
- Úvod do teorému reciprocity a jeho aplikací. Reciprocita mezi přijímacím a vysílacím stavem antény (konstrukce Kirchhoffova náhradního obvodu přijímací antény, výkonový teorém reciprocity, podmínka přizpůsobení antény).
3. Návrh analogových integrovaných obvodů - 4 semináře
- Základní obvodové prvky. Specifika CMOS technologie, parazitní prvky, vliv výrobního rozptylu.
- Stavební prvky integrovaných obvodů. Proudová zrcadla, zesilovací stupně. Rozbor činnosti a parazitních vlastností.
- Metodika návrhu základních bloků, analytický model a jeho řešení. Rozbor transkonduktančního OZ.
- Řešení a simulace speciálních úloh: ochrana před elektrostatickými výboji (ESD), latch-up, EMC integrovaných obvodů.
4. Optimalizace obvodů - 3 semináře
- Klasifikace optimalizačních úloh (lokální a globální, jedno- a vícekriteriální, atd.). Formulace kriteriální funkce, lokální metody (nejstrmější sestup, Newtonova metoda).
- Metody globální optimalizace pro jednokriteriální funkce jedné proměnné (simplexová metoda, genetické algoritmy, metoda roje částic, samoorganizující se migrační algoritmus).
- Formulace vícekriteriálního optimalizačního problému, agregační metody pro převod na jednokriteriální problém, vícekriteriální algoritmy (NSGA-II, MOPSO, MOSOMA).
Učební cíle
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Základní literatura
DEB, K. Multi-Objective Optimization using Evolutionary Algorithms. Chichester: J. Wiley & Sons, 2002. (EN)
CHENG, C .K., LILLIS, J., LIN, S., CHANG, N.: Interconnect Analysis and Synthesis. John Wiley & Sons, New York 2000. (EN)
LAKER, K.R., SANSEN, W. M. C.: Design of Analog Integrated Circuits and Systems. McGraw-Hill, 1994. (EN)
VLACH, J., SINGHAL, K.: Computer Methods for Circuit Analysis and Design (2nd ed.). New York: Van Nostrand Reinhold, 1994. (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program EKT-PK doktorský
obor PK-TEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-MET , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-FEN , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-SEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-KAM , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-BEB , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-MVE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-EST , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PK-TLI , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový - Program EKT-PP doktorský
obor PP-TLI , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-TEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-SEE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-KAM , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-BEB , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-MVE , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-EST , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-FEN , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
obor PP-MET , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
Typ (způsob) výuky
Seminář
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Programy třídy Spice: řešení ve stejnosměrné, frekvenční a časové oblasti. Přesnost výpočtu, problémy s konvergencí. Modely. Ukázkové příklady.
2. Metody pro výpočet ustálené odezvy v časové, spektrální a kombinované oblasti. Metody pro přibližnou symbolickou analýzu a jejich využití.
3. Jazyk VHDL-AMS pro modelování číslicově-analogových systémů. Popis systému, nespojitosti, vazba analogové a číslicové části.
*Počítačové modelování elektronických obvodů II (3 semináře, Doc. Ing. Lubomír Brančík, CSc.)
4. Semisymbolická simulace lineárních obvodů. Nulové body a póly.
5. Metody pro řešení obvodů s úseky vedení. Využití pro analýzu integrity signálu v diskrétních i integrovaných aplikacích.
6. Simulace obvodů se spínači, zpracování nekonsistentních počátečních podmínek.
*Návrh analogových integrovaných obvodů (4 semináře, Dr. Ing. Pavel Horský, AMI Semiconductor).
7. Stavební prvky integrovaných obvodů. Specifika CMOS technologie, parazitní prvky, vliv výrobního rozptylu.
8. Metodika návrhu základních bloků, analytický model a jeho řešení. Rozbor transkonduktančního OZ.
9. Praktické cvičení – návrh transkonduktančního operačního zesilovače.
10. Řešení a simulace speciálních úloh: ochrana před elektrostatickými výboji (ESD), latch-up, EMC integrovaných obvodů.
*Optimalizace obvodů (3 semináře, Prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida)
11. Klasifikace optimalizačních úloh (lokální a globální, jedno- a více-kriteriální, atd.). Formulace kriteriální funkce.
12. Lokální optimalizační metody (nejstrmější sestup, Newtonova metoda, kvazi-Newtonovy metody).
13. Globální optimalizační metody (evoluční algoritmy, metody swarm-intelligence). Více-kriteriální úlohy.