Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Simulation of electronic circuits
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-401-n
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Godek Juliusz (godek@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych ETP1A_K01 Activity during classes
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty działalności inżyniera ETP1A_K02 Activity during classes
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 ETP1A_K04, ETP1A_K05 Involvement in teamwork
Skills: he can
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. ETP1A_U08, ETP1A_U07, ETP1A_U02 Test
M_U002 Student umie wykorzystać symulator do zadań projektowych ETP1A_U08, ETP1A_U07 Test
M_U003 Student umie czytać dokumentację używanego programu, znaleźć w niej odpowiednie informacje a także tworzyć dokumentację naukową i techniczną zawierającą wyniki symulacji ETP1A_U04, ETP1A_U02 Test
Knowledge: he knows and understands
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 ETP1A_W05, ETP1A_W03, ETP1A_W01 Test
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 ETP1A_W08, ETP1A_W16 Test
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. ETP1A_W08 Test
M_W004 Student zna strukturę i zawartość współczesnych pakietów CAD dedykowanych dla układów elektronicznych, rozumie przeznaczenie poszczególnych składników i ich wzajemne powiązania. ETP1A_W08 Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
20 10 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
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 - - + - - - - - - - -
Skills
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 - - + - - - - - - - -
Knowledge
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. + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 75 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 20 h
Preparation for classes 25 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Module content
Lectures (10h):

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (10 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (10 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.

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

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.

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.

Laboratory classes (10h):

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

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

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. Do poprawkowego testu praktycznego może być dopuszczony student, który nie opuścił bez usprawiedliwienia więcej niż 1 zajęć laboratoryjnych, w terminie oddał zadania domowe (pozytywnie ocenione) oraz uczestniczył z pozytywnym wynikiem w co najmniej jednym quizzie na wykładzie. Skala ocen zgodna z Regulaminem Studiów AGH.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Prerequisites and additional requirements:

Wymagane podstawy z matematyki, teorii obwodów, elementów elektronicznych oraz elementarna znajomość układów elektronicznych.

Recommended literature and teaching resources:

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

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None