Detail předmětu

Digitální integrované obvody

FEKT-MPC-DISAk. rok: 2025/2026

Přenos, tvarování a zpožďování pulsních signálů. Elektronické spínače. Komparátory a klopné obvody. Generátory tvarových kmitů. Principy a rozdělení číslicových obvodů. Kombinační a sekvenční logické obvody. Principy programovatelných číslicových systémů. Základní řady číslicových obvodů (TTL, CMOS), pravidla pro jejich použití. Realizace a ověření činnosti obvodů na stavebnicovém systému, počítačová simulace analogových a digitálních systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. 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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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

Cvičení - 40 bodů; minimum 30 bodů.


Závěrečná zkouška - 60 bodů; minimum 20 bodů.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s používanými digitálními integrovanými obvody a jejich bloky, s prací s laboratorními přístroji a s počítačovými metodami simulace a analýzy digitálních obvodů.
Absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit a navrhnout digitální systém, realizovat základní kombinační logické obvody;
- aplikovat zásady navrhování digitálních obvodů a systémů;
- vyjmenovat základní vlastnosti a druhy digitálních obvodů v různých technologiích;
- provést základní návrh generátoru pravoúhlých kmitů;
- charakterizovat výhody a nevýhody zobrazovacích prvků (LCD, OLED, plasma) a aplikovat je při návrhu elektronických systémů;
- charakterizovat základní vlastnosti paměťových obvodů, kategorizovat je a vysvětlit výhody a nevýhody jednotlivých typů;
- popsat jednotlivé jevy, které jsou důležité pro činnost tranzistoru s plovoucím hradlem u pamětí EPROM, FLASH a EEPROM;
- popsat rozdíly mezi jednotlivými metodami zpracování analogových signálů, charakterizovat výhody a nevýhody jednotlivých typů převodníků DA a AD;
- je seznámen se základy programovatelných logických obvodů a jazykem VHDL, umí vytvářet jednoduché aplikace s těmito obvody;

Základní literatura

Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith: Microelectronic Circuits (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) 8thEdition, ISBN 9780190853464 (CS)
Collier, M. Digital Circuit Design: Principles and Practice, reateSpace Independent Publishing Platform; 1 edition (June 12, 2014),ISBN-10: 1499686900 (EN)
Hall, S.H., High-Speed Digital System Design: A Handbook of Interconnect Theory and Design Practices 1st Edition, Wiley-IEEE Press; 1 edition (August 25, 2000), ISBN-10: 0471360902 (EN)

Doporučená literatura

BALCH, M.: Complete digital design. McGraw-Hill, 2003, ISBN 0-07-140927-0
WAKERLY, J.F.: Digital design - principles and practices. Prentice Hall, 2001, ISBN 0-13-089896-1

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-NCP magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Osnova

1. Kombinační obvody (úplně určená funkce více proměnných) x sekvenční obvody (stavové automaty Mealy, Moor).
2. Základní struktura na tranzistorové úrovni logických obvodů v bipolárních technologiích - AND, NAND, NOR, OR, dynamické parametry obvodů, vstupní, výstupní a převodní charakteristiky.
3. Základní struktura na tranzistorové úrovni logických obvodů v unipolárních technologiích - invertor, AND, NAND, NOR, OR, dynamické parametry obvodů, vstupní, výstupní a převodní charakteristiky.
4. Nízkopříkonové technologie AHC, ALVC, AUP. Vliv nízkého napájecího napětí na chování digitálních obvodů.
5. Paměťové obvody - rozdělení pamětí, vlastnosti, typy, struktura. DRAM(1T), SRAM (6T), EEPROM, FLASH (SLC, MLC, TLC, PLC). Popište základní princip jednotlivých typů pamětí a jejich strukturu na tranzistorové úrovni.
6. Zobrazovací prvky, popis technologií LCD, OLED, plazma, elektronický inkoust, QLED. Základní struktury, popis funkce a srovnání výhod a nevýhod jednotlivých technologií.
7. Digitální signálové procesy, základní architektury, systém zpracování instrukcí (CISC, RISK, VLIW), nástroje k dosažení vysokého výkonu DSP procesorů. ARM architektura, charakteristika a základní vlastnosti. 

 

 

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Osnova

Práce s programovatelnými logickými obvody - VHDL.
Čítaře a děliče kmitočtu
Posuvné registry a jejich implementace do číslicových struktur
Analýza a syntéza kombinačních logických obvodů, hazardy. 
Pulzní signály a jejich šíření lineárními obvody.
Simulace číslicových obvodů - simulace na hradlové úrovni, měření pokrytí návrhu simulací a principů verifikace s použitím metody náhodných čísel

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Šteffan, Ph.D.

Osnova

Pulzní signály a jejich šíření lineárními obvody.

Tvarování pulzních signálů.

Polovodičové spínače.

Analýza a syntéza kombinačních logických obvodů, hazardy.

Synchronní systémy, konstrukce čítačů a stavových automatů.

Základní vlastnosti číslicových integrovaných obvodů. 

Přizpůsovbení logických úrovní a přenos dat mezi různými systémy.