Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Symulacja układów elektronicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETP-1-423-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł wprowadzający w tematykę analizy i optymalizacji układów elektronicznych z użyciem standardu SPICE w różnych jego wariantach.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
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 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 ETP1A_W08, ETP1A_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. ETP1A_W08 Kolokwium
M_W004 Student zna strukturę i zawartość współczesnych pakietów CAD dedykowanych dla układów elektronicznych, rozumie przeznaczenie poszczególnych składników i ich wzajemne powiązania. ETP1A_W08 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
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 Kolokwium
M_U002 Student umie wykorzystać symulator do zadań projektowych ETP1A_U08, ETP1A_U07 Kolokwium
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 Kolokwium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych ETP1A_K01 Aktywność na zajęciach
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty działalności inżyniera ETP1A_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 ETP1A_K04, ETP1A_K05 Zaangażowanie w pracę zespołu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
32 18 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
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 + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 90 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 32 godz
Przygotowanie do zajęć 8 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 50 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (18h):

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.

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.

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):

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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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:

W ocenie zaliczenia laboratorium prowadzący bierze pod uwagę przygotowanie do bieżących zajęć (weryfikowane ewentualnie krótką kartkówką na ich początku 20%) zadań domowych (20%) oraz wynik kolokwium zaliczeniowego (60%) o charakterze praktycznym, w trakcie którego student w limitowanym czasie ma w warunkach kontrolowanej samodzielności przeprowadzić symulacyjna analizę prostego układu elektronicznego. Prawo do poprawkowego testu praktycznego przysługuje przy łącznym spełnieniu warunków – uczestniczenie we wszystkich zajęciach, oddanie co najmniej jednego zadania domowego oraz brak stwierdzenia nieprzygotowania do zajęć

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Na ocenę końcową składa się ocena z laboratorium (85%) oraz quizzów wykładowych (15%).

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

W przypadku niemożliwości odrobienia zajęć z inną grupą studenta obowiązuje wykonanie dodatkowego zadania domowego o treści wskazanej przez prowadzącego zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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:

https://www.bpp.agh.edu.pl/autor/machowski-witold-01217

Informacje dodatkowe:

Brak