Detail předmětu

Modelování a počítačová simulace

FEKT-BKC-MPSAk. rok: 2021/2022

Modelování a analýza elektronických obvodů a mikroelektronických struktur.
Simulační programy třídy Spice. Význam a použití různých typů analýz.
Individuální projekty.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

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. Úvod do modelování a simulace obvodů.
2. Symbolické a numerické simulační programy.
3. Úvod do modelování a simulace v SPICE.
4. Zásady práce v SPICE na úrovni vstupního souboru.
5. Modelování v SPICE.
6. Základní analýzy v SPICE.
7. Rozšiřující analýzy v SPICE.
8. Práce s postprocesorem PROBE.

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 BKC-MET bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Háze, 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. Jiří Háze, 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.