• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2021/2022

Аналоговые и цифровые устройства

Статус: Курс по выбору
Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Когда читается: 1-й курс, 1-4 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Прогр. обучения: Наноэлектроника и квантовые технологии
Язык: русский
Кредиты: 10

Программа дисциплины

Аннотация

Данная дисциплина изучается на первом курсе направления подготовки магистров 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника». Целями освоения дисциплины "Аналоговые и цифровые устройства" является формирования у студентов знаний о методах проектирования аналоговых узлов интегральных схем, аналоговых схем современных и перспективных изделий электроники, радиоэлектроники, микро- и наноэлектроники, назначении, принципах работы, методов и средств проектирования сложных аналоговых и цифровых электронных компонентов и схем для приборов и систем электронной техники с учетом заданных требований; умений разработки методик и проведения исследований и измерений параметров и характеристик изделий электронной техники, анализ их результатов. Рассматриваются следующие основные вопросы. - Проектная работа, этапы проектирования устройств, конструкторская документация. ЕСКД. - Характеристики и параметры аналоговых схем и устройств. Расчет характеристик аналоговых каскадов и аналоговых устройств с помощью пакетов схемотехнического (SPICE) моделирования - Каскады аналоговых схем, их характеристики и параметры. Способы связи каскадов. - Фильтры. Резонансные усилители. - Обратная связь (ОС) в аналоговых схемах и системах. Виды ОС и ее влияние на характеристики аналоговых устройств. - Генераторные схемы. Обеспечение работы генераторных схем. - Параметры и схемотехника операционных усилителей и компараторов. Схемные применения ОУ в аналоговых устройствах. -Параметры и характеристики цифровых схем и устройств. Совместная работа цифровых устройств. Синхронизация в цифровых устройствах. - Расчет характеристик цифровых устройств с помощью пакетов SPICE моделирования. - Функциональные узлы комбинационного типа. Особенности их проектирования. - Функциональные узлы последовательного типа. Особенности их проектирования. -Схемотехника запоминающих устройств. Статическая и динамическая память. - Влияние топологии и проводников интегральных схем и печатных плат на динамические характеристики систем. Особенности проектирования высокоскоростных систем. - Использование БИС/СБИС с программируемой структурой. Проектирование цифровых систем с помощью ПЛМ и БМК. - Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Характеристики, параметры, схемы ЦАП и АЦП. - Цифровая обработка сигналов в аналоговых системах. Цифровые сигнальные процессоры. - Проектирование источников электропитания аналоговых и цифровых устройств. Параметры и характеристики источников питания. - Обеспечение тепловых режимов устройств. Влияние параметров печатных плат, условий охлаждения, корпусов компонентов на их тепловые режимы. - САПР для проектирования печатных плат. На практических занятиях студенты учатся рассчитывать (с использованием средств схемотехнического анализа) и анализировать характеристики аналоговых и цифровых фрагментов схем и устройств. Учатся проектировать фрагменты устройств с помощью средств САПР печатных плат, рассчитывать паразитные параметры печатных плат. С помощью пакетов программ Текущий контроль успеваемости студентов предусматривает учет активности студентов в ходе проведения практических занятий, выступлений по конкретному разделу, консультаций с преподавателем; оценок, полученных за практические работы. Экзамен– проводится в устной форме по соответствующим билетам. Результирующая оценка за дисциплину учитывает накопленную оценку за работу на практических занятиях и оценку, полученную на экзамене. Дисциплина требует наличия у студента знаний, умений и навыков, полученных в ходе изучения дисциплин бакалавриата «Физика», «Материалы электронной техники», «Теоретические основы электротехники», «Физические основы электроники», «Моделирование и проектирование электронной компонентной базы».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целями освоения дисциплины "Аналоговые и цифровые устройства" является формирования у студентов знаний о методах проектирования аналоговых узлов интегральных схем, аналоговых схем современных и перспективных изделий электроники, радиоэлектроники, микро- и наноэлектроники, назначении, принципах работы, методов и средств проектирования сложных аналоговых электронных компонентов и схем для приборов и систем электронной техники с учетом заданных требований; умений разработки методик и проведения исследований и измерений параметров и характеристик изделий электронной техники, анализ их результатов.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Владеть методами проектирования узлов комбинационного типа с использованием средств САПР.
  • Владеть методами проектирования узлов последовательного типа с использованием средств САПР.
  • Владеть пакетами SPICE моделирования для расчета характеристик цифровых устройств.
  • Владеть: методами оценки влияния проводников интегральных схем и печатных плат на динамические характеристики систем.
  • Владеть: методами оценки тепловых режимов электронных изделий с использованием выражений и программных продуктов.
  • Владеть: методами схемотехнического (SPICE) моделирования аналоговых схем и устройств для анализа характеристик схем c использованием ОУ.
  • Владеть: методами схемотехнического (SPICE) моделирования для анализа характеристик схем c использованием ОУ.
  • Владеть: методами схемотехнического моделирования для анализа АЧХ и ФЧХ фильтров.
  • Владеть: методами схемотехнического моделирования для анализа характеристик аналоговых схем.
  • Владеть: методами схемотехнического моделирования для анализа характеристик схем с обратными связями.
  • Знать Влияние параметров печатных плат, условий охлаждения, корпусов компонентов на их тепловые режимы. Влияние температуры на характеристик электронных компонентов.
  • Знать: виды и особенности шумов в аналоговых устройствах и схемах.
  • Знать: виды обратных связей и ее влияние на характеристики схем.
  • Знать: классификацию, особенности, параметры и характеристики фильтров.
  • Знать: Основные параметры и характеристики аналоговых устройств.
  • Знать: Особенности влияния проводников интегральных схем и печатных плат на динамические характеристики систем. Знать особенности проектирования высокоскоростных систем с учетом паразитных эффектов.
  • Знать: особенности и параметры каскадов аналоговых устройств. Методы их согласования друг с другом.
  • Знать: параметры и характеристики цифровых схем, особенности синхронизации частей цифровых схем.
  • Знать: Схемные применения ОУ в аналоговых устройствах. Знать особенности проектирования узлов на ОУ.
  • Знать: Схемотехнику и параметры БИС/СБИС с программируемой структурой. Знать методы проектирования цифровых систем с помощью ПЛМ и БМК.
  • Знать: Схемотехнику и параметры статической и динамической памяти. Знать особенности проектирования узлов памяти.
  • Знать: Схемотехнику и параметры Цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.
  • Знать: схемотехнику операционных усилителей и компараторов, их основные параметры.
  • Знать: Типы и параметры процессоров для цифровой обработки сигналов.
  • Знать: типы, схемы, параметры, характеристики источников электропитания аналоговых и цифровых устройств.
  • Знать: условия возникновения колебаний в генераторных схемах.
  • Знать: Функциональные узлы комбинационного типа, их логику работы и параметры. Знать особенности проектирования узлов комбинационного типа.
  • Знать: Функциональные узлы последовательного типа, их логику работы и параметры. Знать особенности проектирования узлов последовательного типа.
  • Уметь: Выбирать и применять процессоры для цифровой обработки аудио и видео сигналов.
  • Уметь: Выбирать и применять схемы ЦАП и АЦП в своих проектах.
  • Уметь: выбирать и применять электропитания аналоговых и цифровых устройств.
  • Уметь: выбирать необходимые типы схем памяти в соответствии с параметрами.
  • Уметь: выбирать операционные усилители и компараторы в соответствии с поставленными требованиями.
  • Уметь: Выбирать параметры и виды каскадов для реализации аналоговых устройств. Рассчитывать характеристики и определять параметры каскадов.
  • Уметь: Выбирать тип и параметры фильтров для реализации своих задач. Рассчитывать характеристики и определять параметры фильтров по номиналам элементов фильтра.
  • Уметь: оценивать уровни шумов и их влияние на характеристики аналоговых устройств.
  • Уметь: Применять ПЛМ и БМК в своих проектах.
  • Уметь: Разрабатывать печатную плату для электронного устройства.
  • Уметь: Рассчитывать паразитные параметры печатных плат, оценивать их влияние на работу схем.
  • Уметь: рассчитывать параметры генераторной схемы по формулам.
  • Уметь: Рассчитывать параметры и характеристики схем на ОУ (по формулам и используя пакет SPICE моделирования).
  • Уметь: Рассчитывать параметры и характеристики триггеров, счетчиков, регистров (используя пакет SPICE моделирования).
  • Уметь: Рассчитывать параметры и характеристики цифровых логических схем (используя пакет SPICE моделирования).
  • Уметь: Рассчитывать параметры схем с обратными связями (по формулам и используя пакет SPICE моделирования).
  • Уметь: Рассчитывать тепловые режимы компонентов на печатной плате.
  • Уметь: Рассчитывать характеристик цифровых устройств с помощью пакетов SPICE моделирования.
  • Уметь: Рассчитывать характеристики и определять параметры аналоговых схем, используя пакет SPICE моделирования.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема 1. Введение. Основные параметры аналоговых устройств.
  • Тема 2. Каскады аналоговых схем, их характеристики и параметры.
  • Тема. 3. Шумы в аналоговых схемах и устройствах.
  • Тема 4. Фильтры. Резонансные усилители.
  • Тема 5. Обратная связь в аналоговых схемах и системах.
  • Тема 6. Генераторные схемы.
  • Тема 7. Схемотехника операционных усилителей (ОУ) и компараторов.
  • Тема 8. Схемные применения ОУ в аналоговых устройствах.
  • Тема 9. Расчет характеристик аналоговых каскадов и аналоговых устройств с помощью пакетов SPICE моделирования.
  • Тема 10. Вопросы проектирования источников электропитания аналоговых систем.
  • Тема 11. Обеспечение тепловых режимов аналоговых устройств.
  • Тема 12. Совместная работа цифровых устройств. Синхронизация в цифровых устройствах, риски сбоя.
  • Тема 13. Расчет характеристик цифровых устройств с помощью пакетов SPICE моделирования.
  • Тема 14. Функциональные узлы комбинационного типа.
  • Тема 15. Функциональные узлы последовательного типа. Особенности их проектирования.
  • Тема 16. Схемотехника запоминающих устройств.
  • Тема 17. Влияние перекрестных помех в цифровых системах. Влияние проводников интегральных схем и печатных плат на динамические характеристики систем.
  • Тема 18. Использование БИС/СБИС с программируемой структурой. Проектирование цифровых систем с помощью ПЛМ и БМК.
  • Тема 19. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
  • Тема 20. Цифровая обработка сигналов в аналоговых системах.
  • Тема 21. Проектирование типовых узлов цифровых систем на VHDL.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Домашнее задание 2
  • неблокирующий Экзамен 2
  • неблокирующий Домашнее задание 4
  • неблокирующий Экзамен 4
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • 2021/2022 учебный год 1 модуль
  • 2021/2022 учебный год 2 модуль
    0.4 * Домашнее задание 2 + 0.6 * Экзамен 2
  • 2021/2022 учебный год 3 модуль
  • 2021/2022 учебный год 4 модуль
    0.4 * Домашнее задание 4 + 0.6 * Экзамен 4
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Волович Г.И. - Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств - Издательство "ДМК Пресс" - 2018 - ISBN: 978-5-97060-623-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/107891
  • Моделирование работы цифровых устройств с помощью программы PSpice : учеб. пособие, Петросянц, К. О., 2006
  • Основы проектирования интегральных схем и систем, Казённов, Г. Г., 2005
  • Схемотехника аналоговых электронных устройств : учебник для вузов, Павлов, В. Н., 2003
  • Схемотехника усилительных устройств : уч. пособие, Перепелкин, Д. А., 2013
  • Электроника интегральных схем : лабораторные работы и упражнения, , 2017

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Аналоговые интегральные схемы, Соклоф, С., 1988
  • Проектирование аналоговых интегральных схем, Гребен, А. Б., 1976