Implementace analogových soustav

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

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 pro přenos a zpracování dat. Důraz je kladen na návrhové postupy a implementaci ve strukturách zakázkových integrovaných obvodů (ASIC). Předmět se zabývá analogovými i diskrétními funkčními bloky pro realizaci zesilovačů, filtrů, převodníků A/D a D/A, včetně jejich modelování a simulace. Jsou diskutovány soudobé návrhové trendy, včetně otázky testování analogových a smíšených obvodů. Předmět obsahuje nepostradatelný základ znalostí pro vývoj a návrh elektronických systémů, se zohledněním aspektů současných technologií a využitím profesionálního software pro návrh integrovaných obvodů.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/AD2M31IAS

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/A2M31IAS

Požadavky:

Zápočet je získán na základě vypracování semestrální práce. Výsledek ústní zkoušky určuje výsledné hodnocení. Přehled zkouškových otázek a další materiály jsou na www stránkách předmětu.

Osnova přednášek:

1.Nové principy v řešení spojitě i diskrétně pracujících analogových systémů. Výběr a specifika funkčních bloků pro zakázkové IO (ASIC).

2.Standardní a speciální zesilovače (OZ, OTA, TIA). Základní funkční bloky pro realizaci a jejich modelování. Postup návrhu z hlediska požadovaných parametrů. Realizace v integrovaných strukturách.

3.Zesilovače a aktivní prvky v proudovém režimu. Transformace mezi napěťovým a proudovým režimem. Nelineární funkční bloky, analogové násobičky, zesilovače s řízeným ziskem.

4.Spojitě pracující aktivní filtry - bikvady, filtry vyšších řádů. Simulace LC prototypu. Filtry s OTA-C a dalšími prvky.

5.Implementace aktivních filtrů ve strukturách ASIC. Obvody automatického ladění, symetrické signálové cesty.

6.Mikropříkonové obvody - principy řešení, vlastnosti. Návrh napěťových a proudových referenčních zdrojů pro struktury ASIC.

7.Filtry se spínanými kapacitory (SC) - úvod, princip, srovnání spojitého a SC filtru. Technologické a obvodové požadavky na SC filtry (kapacitory, spínače, OZ, maximální a minimální kmitočet hodin). Vliv na chování SC filtru - časová konstanta Ron, průnik hodinového signálu, šum.

8.Transformace p-z pro syntézu SC filtrů. SC integrátor a jeho přenosová funkce v z-rovině. "Strays-insensitive? SC integrátor. SC integrátory jako základní stavební bloky.

9.SC filtry vyššího řádu. Návrh SC filtru složeného z bikvadratických sekcí.

10.Filtry se spínanými proudy - úvod a princip. Proudová paměťová buňka, integrátor a derivátor. Porovnání SC a SI.

11.Obvody SC a SI - reálné vlastnosti, zdokonalené struktury pro minimalizaci chyb. Návrh a simulace ve strukturách ASIC.

12.D/A a A/D převodníky ve strukturách ASIC - základy modelování, simulace a testování parametrů.

13.Obvody pro pulsní modulaci. Modulátory Sigma-Delta, zesilovače třídy D.

14.Diskrétní soustavy jako spínané zdroje. Nábojové pumpy-obvodová struktura, principy regulace. Převodníky DC-DC typu step-up, step-down. Obvodová řešení, možnosti analýzy a simulace.

Osnova cvičení:

1.Obvodové řešení současných analogových obvodů, funkční bloky, dosahované parametry.

2.Návrh OTA a OZ, optimalizace hlavních parametrů. Obvodové řešení TIA a proudového konvejoru.

3.Návrh a měření zpětnovazebních obvodů se zesilovači TIA.

4.Návrh a simulace filtru OTA-C. Úvod do programu PraCAn.

5.Návrh obvodu napěťové reference (Bandgap) - vyvození základních parametrů a simulace.

6.Návrh obvodu proudové reference (Vittoz Loop) - odvození a simulace.

7.Laboratorní úloha - SC filtr.

8.Analýza jednoduchých SC fitrů.

9.Návrh a simulace bikvadu SC.

10.Analýza základních SI bloků v PraCAn.

11.Návrh a simulace SI buňky s minimalizací parazitních vlivů.

12.Parametry AD, DA převodníků. Behaviorální model, simulace ADC.

13.Návrh a simulace nábojové pumpy.

14.Zápočet, rezerva.

Cíle studia:

Cílem předmětu je seznámit studenty s novými směry a koncepcemi v řešení analogových obvodů, s důrazem na aplikace v periferiích digitálních systémů pro přenos a zpracování dat.

Studijní materiály:

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

2. Maloberti, F.: Data Converters. Springer, U. S., 2007

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

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

5. Uhlíř, J., Neumann, P.: Elektronické obvody II. Monografie ČVUT, Praha, 2001

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6c

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: