Implementace analogových soustav

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět B2M31IASA je, že student si nejpozději ve stejném semestru zapsal příslušný počet předmětů ze skupiny BEZBM

Garant předmětu:

Radoslav Bortel

Přednášející:

Josef Dobeš, Jiří Hospodka, Jiří Náhlík, Ondřej Šubrt

Cvičící:

Jiří Hospodka, Jiří Náhlík

Předmět zajišťuje:

katedra teorie obvodů

Anotace:

Cílem předmětu je seznámit studenty s novými směry a koncepcemi v řešení analogových obvodů, s důrazem na aplikace v periferiích digitálních systémů. Důraz je kladen na návrhové postupy a implementaci ve strukturách zakázkových integrovaných obvodů (ASIC). Jsou diskutovány soudobé návrhové trendy, včetně otázky analýzy a testování analogových a smíšených obvodů. Předmět poskytuje znalosti pro vývoj a návrh elektronických systémů, se zohledněním aspektů současných výrobních technologií integrovaných obvodů.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Současná analogová technika a její uplatnění. Nové principy v řešení spojitě i diskrétně pracujících analogových soustav, obvody v proudovém módu - základní FB. Výběr a specifika funkčních bloků pro zakázkové IO (ASIC).

2. Model polovodičové diody, teplotní závislosti, šumový model. Gummel-Poonův model bipolárního tranzistoru. Modelování mikrovlnných tranzistorů.

3. Rozšířený model JFET Schichmana a Hodgese. Charakteristické teplotní a šumové vlastnosti JFET. Modely MESFET/pHEMT.

4. Technologický základ modelů MOSFET, odvoditelnost parametrů z technologie a jejich automatický přepočet se změnou rozměru. Modely BSIM a EKV a jejich vzájemné porovnání, identifikace parametrů modelů.

5. Proudová ZV, zesilovač CFOA. Porovnání soustav s napěťovou a proudovou zpětnou vazbou. Obvody v proudovém módu, principy jejich návrhu. Přidružená transformace, translineární princip.

6. Aktivní prvky pro proudový režim a jejich řešení elementárními FB. Odvozené FB vyšších řádů. Nelineární prvky - násobičky, tvarovače, modulátory. Obvodové řešení, parametry.

7. Mikropříkonové obvody - principy řešení, vlastnosti. Úvod do charakterizace integrovaných systémů a knihoven v podprahovém režimu. Návrh napěťových a proudových referenčních zdrojů pro struktury ASIC.

8. Diskrétně pracující obvody: obvodový popis SC a SI obvodů, vlastnosti základních funkčních bloků, parazitní vlivy na chování spínaných obvodů, možnosti počítačové analýzy reálných vlastností.

9. Technologické a obvodové požadavky na SC a SI obvody (kapacitory, spínače, OZ, spínací kmitočet). Vliv reálných vlastností, průnik hodinového signálu, šum. Možnosti korekce chyb.

10. Obvody pro spínaný power management, obvodová řešení DC/DC konvertorů. Principy zpětnovazební regulace spínaných soustav, aplikační příklady.

11. Nábojové pumpy a metody jejich návrhu. Obvodová řešení, možnosti analýzy a simulace ve strukturách ASIC.

12. Obvody pro pulzní modulaci. Modulátory Sigma-Delta, vlastnosti, implementace.

13. Převodníky D/A a A/D ve strukturách ASIC. Základy modelování, simulace a testování parametrů.

Osnova cvičení:

1. Seznámení s laboratoří, bezpečnost. Vstupní test, úvod k Maple.

2. Řešení operačních sítí. Porovnání vlastností sítí s napěťovou a proudovou zpětnou vazbou.

3. EKV model MOS tranzistoru pro nízkonapěťové aplikace s malým příkonem. Návrh OTA a OZ, optimalizace hlavních parametrů. Obvodové řešení proudového konvejoru a CFOA.

4. Obvodové řešení transkonduktančního zesilovače a proudového konvejoru. Úvod do systému Mentor Graphics.

5. Návrh obvodů napěťové a proudové reference - odvození a simulace.

6. Návrh a simulace mikropříkonových obvodů - obvod nízkopříkonové napěťové reference.

7. Návrh filtrů OTA-C: bikvadratické sekce a jejich návrh.

8. Popis SC a SI obvodů diferenčními rovnicemi. Analýza a simulace SC a SI obvodů. Knihovna PraCAn.

9. Návrh a simulace bikvadu SC. Návrh filtru SC pomocí FCADu.

10. Minimalizace vlivu reálných vlastností obvodů SI a SC.

11. Laboratorní cvičení - návrh a měření filtru SC.

12. Návrh a simulace nábojové pumpy.

13. Obhajoby semestrálních prací.

14. Obhajoby semestrálních prací, zápočty.

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Sanssen, W.M.C.: Analog Design Essentials. Springer, U. S., 2006

2. Gray, P. R., Hurst, P.J., Lewis, S.H.: Analysis and Design of Analog Integrated Circuits. John Wiley & Sons, U.S., 2001

3. Burns, M., Roberts, G. W.: An Introduction to Mixed-Signal IC Test and Measurement. Oxford University Press, New York 2001

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B2M31IASA

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
Čt	místnost T2:C4-362 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Laborator K362místnost T2:B3-802 Náhlík J. 17:00–18:45 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice Laborator K802 místnost T2:C3-434 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř místnost T2:C4-362 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Laborator K362
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Elektronika a komunikace - Elektronika (povinně volitelný předmět)