Detail předmětu

Design of Electronic Instruments

FEKT-MPA-NENAk. rok: 2022/2023

Součástková základna pro elektronické přístroje včetně řídicích mikroprocesorů nebo mikrokontrolérů. Metodika návrhu elektronických zařízení a měřicích systémů, počítačové metody návrhu a využitelnost pro počítačovou simulaci, základní moduly elektronického přístroje a jejich návrh, návrh programového vybavení. Problémy parazitních vazeb a přenosů signálů, elektromagnetická interference a odolnost, parazitní vlastnosti plošných spojů. Interní a externí komunikační sběrnice, bezdrátové komunikační sítě. Možnosti návrhu plošných spojů. Zhotovení technické dokumentace včetně konstrukčních FMEA. Design for X, rozvíjení požadavků na kvalitu, spolehlivost jako výslednice bezporuchovosti, udržovatelnosti a zajištěnosti údržby. Metody plánování kvality.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
• definovat a vysvětlit hlavní etapy návrhu elektronického zařízení,
• chápat potřeby návrhu s ohledem na vyrobitelnost, montáž, testovatelnost,
• popsat požadavky na vývoj z hlediska produktové platformy, architektury a modularity,
• identifikovat hlavní parametry součástek z katalogového listu,
• specifikovat parametry jakosti a určit tolerance s ohledem na technologičnost,
• využít metody a nástroje plánování kvality,
• definovat požadavky na spolehlivost a aplikovat konstrukční FMEA analýzy,
• vytvořit obvodové zapojení jednoduchého zařízení sestaveného z mikrokontroléru a připojeného snímače neelektrické veličiny,
• vytvořit programového vybavení pro mikrokontrolér.

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmětu, by měl být schopen:
• Analyzovat elektronické obvody s pasivními součástkami, tranzistory a operačními zesilovači,
• vytvářet programové vybavení v programovacím jazyce C.

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.


Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

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

Způsob a kritéria hodnocení

Laboratorní cvičení, numerická cvičení, semestrální projekt - 40 bodů.
Závěrečná zkouška (písemná, ústní) - 60 bodů.

Osnovy výuky

1. Úvod
2. Návrh elektronických zařízení, Design for X
3. Produktová platforma, architektura a modularita
4. Statistické vyhodnocování kvality
5. Specifikace parametrů jakosti, tolerance
6. Metody a nástroje plánování kvality
7. Spolehlivost a FMEA analýzy
8. Komunikační sběrnice
9. Součástky v elektrotechnice
10. Bezdrátové komunikační sítě a průmyslové sběrnice

Učební cíle

Seznámit se s postupem a s praktickými zásadami konstrukce elektronických přístrojů a zařízení.
Studenti získají konkrétní aplikační poznatky z konstrukce elektronických přístrojů. Přitom je kladen důraz na pochopení fyzikální podstaty parazitních jevů tak, aby poznatky bylo možné aplikovat i na jiné případy. Naučí se řešit řadu problémů, které vznikají při vývoji nových zařízení.

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Doporučená literatura

Mammano, R., A.: Fundamentals of Power Supply Design, Hardcover, 2017, ISBN: 978-0998599403 (EN)
Ritchie, G., J.: Transistor Circuit Techniques: Discrete and integrated (Tutorial Guides in Electronic Engineering) 3rd Edition, 2003, ISBN: 978-0748740758 (EN)
Schaumann, R., Xiao, H., Van Valkenburg, M.: Design of Analog Filters, 2nd Edition, Oxford University Press, 2009, ISBN: 978-0195373943 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-MEL magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Osnova

Součástková základna pro elektronické přístroje, analogové a digitální integrované obvody, řídicí mikroprocesory a mikrokontroléry. Vnitřní sběrnice a externí vstupní a výstupní sběrnice počítače PC.
Používané průmyslové sběrnice, základní typy, možnost galvanického oddělení.
Elektrická konstrukce. Výběr součástek a aplikační zásady, obvodové řešení, jeho výpočet a optimalizace.
Metodika návrhu analogových a digitálních bloků přístrojů, použití analogových a digitálních integrovaných obvodů. Použití mikroprocesorů, jejich naprogramování a případné využití vazby na vnější počítač PC.
Komunikace po sběrnicích, připojení do sítě intranet/Internet s využitím protokolu TCP/IP. Inteligentní periferie (senzory a aktuátory), využití BlueTooth pro bezdrátové připojení.
Počítačové metody návrhu. PSpice A/D, Optimizer, Eagle, Hyperlinx, Omega Plus.
Koncepce návrhu přístroje nebo zásuvného modulu PC, odlišnosti, zásady. Základní moduly elektronického přístroje a jejich návrh a simulace.
Podrobná analýza příkladu návrhu zásuvné desky pro analogový vstup a analogový výstup počítače PC.
Problémy parazitních vazeb a přenosů signálů, elektromagnetická interference a odolnost, parazitní vlastnosti plošných spojů. Skin efekt, kapacita, indukčnost, rychlost šíření signálu, přeslechy.
Návrhová pravidla pro návrh elektronického přístroje, odlišnosti při návrhu zásuvné jednotky do PC, včetně vnitřního rušení ve skříni PC. Rozmístění součástek, řazení vrstev plošného spoje, zemnění, blokování.
Požadavky uživatele, komfort ovládání, vazba na připojitelný počítač PC, dálkové ovládání po sběrnici, připojitelnost na intanet/Internet.
Možnosti návrhu plošných spojů. Zhotovení technické dokumentace.
Obhajoba samostatných projektů a diskuse o nových trendech.

Cvičení odborného základu

6 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Osnova

Specifikace zadání týmových projektů řešených po 10 studentech. Základní rozbor zadání.
Konzultace klíčových problémů, vstupní obhajoba navrženého řešení projektů.

Cvičení na počítači

15 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Osnova

Řešitelské týmy sestavují a odlaďují potřebné řídicí a obslužné programy pro řešený projekt pod konzultačním vedením lektora.

Laboratorní cvičení

18 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Levek, Ph.D.

Osnova

Řešitelské týmy technicky řeší a realizují v laboratoři zadaný projekt pod konzultačním vedením lektora.