Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Symulacja układów elektronicznych
Tok studiów:
2014/2015
Kod:
IET-1-423-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
4
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat modelowania elementów i układów elektronicznych oraz rozumie ograniczenia przyjętych modeli matematycznych a przede wszystkim skończona dokładność określenia liczbowego parametrów używanych modeli ET1A_W13, ET1A_W12, ET1A_W01 Kolokwium
M_W002 Student rozumie wzrastającą rolę technik symulacyjnych w praktyce inżynierskiej, zna narzędzia komputerowe do symulacji układów elektronicznych analogowych i cyfrowych realizowanych w technice elementów dyskretnych i scalonej i wie jak ich użyć w celu przeprowadzenia wiarygodnej symulacji ET1A_W21, ET1A_W16 Kolokwium
M_W003 Student zna metody automatycznego tworzenia równań obwodowych dla zadanej topologii połączeń elementów. Zna algorytmy numerycznego rozwiązywania zagadnień matematycznych odpowiadających najczęściej wykonywanym analizom układów. ET1A_W16 Kolokwium
M_W004 Student zna strukturę i zawartość współczesnych pakietów CAD dedykowanych dla układów elektronicznych, rozumie przeznaczenie poszczególnych składników i ich wzajemne powiązania. ET1A_W16 Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Student potrafi wprowadzić topologię analizowanego układu w postaci tekstowej i z użyciem interfejsu graficznego. Umie przeprowadzić wszechstronne analizy badanego układu z uwzględnieniem zmian parametrów elektrycznych układu np. na skutek starzenia lub rozrzutów statystycznych. Potrafi krytycznie odnieść się do wyników symulacji. ET1A_U09, ET1A_U01, ET1A_U08 Kolokwium
M_U002 Student umie wykorzystać symulator do zadań projektowych ET1A_U09, ET1A_U08 Kolokwium
M_U003 Student umie czytać dokumentację używanego programu, znaleźć w niej odpowiednie informacje a także tworzyć dokumentację naukową i techniczną zawierającą wyniki symulacji ET1A_U04, ET1A_U01 Kolokwium
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych ET1A_K01 Aktywność na zajęciach
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty działalności inżyniera ET1A_K02 Aktywność na zajęciach
M_K003 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, potrafi w sposób zrozumiały i z odpowiedzialnością za słowo zredagować raport z wykonanego zadania inżynierskiego ET1A_K06, ET1A_K04 Zaangażowanie w pracę zespołu
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat modelowania elementów i układów elektronicznych oraz rozumie ograniczenia przyjętych modeli matematycznych a przede wszystkim skończona dokładność określenia liczbowego parametrów używanych modeli + - + - - - - - - - -
M_W002 Student rozumie wzrastającą rolę technik symulacyjnych w praktyce inżynierskiej, zna narzędzia komputerowe do symulacji układów elektronicznych analogowych i cyfrowych realizowanych w technice elementów dyskretnych i scalonej i wie jak ich użyć w celu przeprowadzenia wiarygodnej symulacji + - + - - - - - - - -
M_W003 Student zna metody automatycznego tworzenia równań obwodowych dla zadanej topologii połączeń elementów. Zna algorytmy numerycznego rozwiązywania zagadnień matematycznych odpowiadających najczęściej wykonywanym analizom układów. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student zna strukturę i zawartość współczesnych pakietów CAD dedykowanych dla układów elektronicznych, rozumie przeznaczenie poszczególnych składników i ich wzajemne powiązania. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi wprowadzić topologię analizowanego układu w postaci tekstowej i z użyciem interfejsu graficznego. Umie przeprowadzić wszechstronne analizy badanego układu z uwzględnieniem zmian parametrów elektrycznych układu np. na skutek starzenia lub rozrzutów statystycznych. Potrafi krytycznie odnieść się do wyników symulacji. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie wykorzystać symulator do zadań projektowych + - + - - - - - - - -
M_U003 Student umie czytać dokumentację używanego programu, znaleźć w niej odpowiednie informacje a także tworzyć dokumentację naukową i techniczną zawierającą wyniki symulacji + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych + - + - - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty działalności inżyniera + - + - - - - - - - -
M_K003 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, potrafi w sposób zrozumiały i z odpowiedzialnością za słowo zredagować raport z wykonanego zadania inżynierskiego + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (15 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (15 godzin).

Wykład

1.Pojęcie modelu i symulacji numerycznej. Historia symulatorów układowych – CANCER, SPICE. Przegląd popularnych symulatorów układowych. SPICE jako standard przemysłowy. Berkely SPICE i wersje komercyjne symulatora. Pakiet Orcad/Cadence/PSPICE. Narzędzia pomocnicze – edytor schematów, postprocesor graficzny kreator modeli, biblioteki elementów. Analizatory symboliczne. (3 godz.)

2. Praca z symulatorem w trybie tekstowym. Zasady zapisu topologii układu. Dyrektywy analiz. Analizy podstawowe – stałoprądowa, małosygnałowa, zjawisk przejściowych i pomocnicze – analiza punktu pracy, transmitancji stałoprądowej, zniekształceń nieliniowych. (3 godz.)

3. Praca z postprocesorem graficznym. Tworzenie makr, korzystanie ze wskaźników (Measurements). Zaawansowane techniki analizy parametrycznej. Analiza szumowa. (3 godz.)

4. Modele symulacyjne przyrządów półprzewodnikowych – diody półprzewodnikowej, tranzystora bipolarnego i unipolarnego złączowego. Modele tranzystora MOSFET w symulatorach. Zasady skalowania tranzystorów MOSFET. Tworzenie modeli symulacyjnych na podstawie danych katalogowych – program PARTS i inne ekstraktory parametrów. (3 godz.)

5. Podobwody, makromodel wzmacniacza operacyjnego. Źródła sterowane i modelowanie behawioralne.

6. Analiza statystyczna. Generatory liczb pseudolosowych. Deklaracje rozkładów i korelacji. Analiza uzysku produkcyjnego. Prototypowanie wirtualne układów. (3 godz.)

Ćwiczenia laboratoryjne:

Laboratorium

1. Zapoznanie się ze środowiskiem. Analiza prostych układów RC w domenie częstotliwościowej i czasowej. Analiza parametryczna. Praca z postprocesorem graficznym. Wykreślanie krzywych strojenia

2. Symulacja efektu Millera w układach wzmacniaczy napięciowych i transkonduktancyjnych. Określanie impedancji wejściowej układu i jej rozkład na składową rzeczywistą i urojoną.

3. Projekt prostego wzmacniacza tranzystorowego. Dobór punktu pracy, analiza wrażliwości temperaturowej. Symulacje charakterystyk częstotliwościowych i odpowiedzi na pobudzenie sinusoidalne. Określanie zniekształceń nieliniowych.

4. Symulacja układów ze wzmacniaczami operacyjnymi. Modelowanie behawioralne. Analiza stabilności układów ze sprzężeniem zwrotnych. Określanie marginesów stabilności.

5. Symulacja wzmacniacza różnicowego z tranzystorami MOSFET. Rozrzuty statystyczne parametrów. Badanie wpływu asymetrii układu na niezrównoważenie i tłumienie składowej wspólnej

6. Analiza zjawisk szumowych. Zaawansowane techniki analizy szumów. Określanie stosunku sygnał/szum

7. Wstęp do symulacji układów cyfrowych i mieszanych analogowo-cyfrowych.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 14 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 57 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 14 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Na ocenę końcową składa się ocena z laboratorium (90%) oraz quizzów wykładowych (10%). W ocenie zaliczenia laboratorium prowadzący biorą pod uwagę przygotowanie do bieżących zajęć (weryfikowane ewentualnie krótką kartkówką na ich początku) oraz wynik kolokwium zaliczeniowego o charakterze praktycznym w trakcie którego student w limitowanym czasie ma w warunkach kontrolowanej samodzielności przeprowadzić symulacyjna analizę prostego układu elektronicznego oraz stworzyć pisemny raport z wykonanej pracy. Skala ocen zgodna z Regulaminem Studiów AGH.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Przedmiot obowiązkowy. Wymagane podstawy z matematyki, teorii obwodów, elementów elektronicznych oraz elementarna znajomość układów elektronicznych. Moduł prowadzony jest w ścisłym związku z modułem analogowe układy elektroniczne I.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

J. Izydorczyk: Pspice. Komputerowa symulacja układów elektronicznych
A. Dobrowolski Pod maską SPICE
B. Al.-Hashimi. The Art of Simulation Using Pspice Analog and Digital
G. Roberts, A. Sedra. SPICE for Microelectronic Circuits

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

W. Machowski “Niskonapięciowe układy analogowe bazujące na inwerterach CMOS w scalonych systemach VLSI” monografia habilitacyjna, Wydawnictwa AGH, 2012

Informacje dodatkowe:

W. Machowski “Niskonapięciowe układy analogowe bazujące na inwerterach CMOS w scalonych systemach VLSI” monografia habilitacyjna, Wydawnictwa AGH, 2012