Аналоговые и цифровые устройства

Магистратура 2022/2023

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Прикладная электроника и фотоника)

Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: с онлайн-курсом

Онлайн-часы: 72

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Кожухов Максим Владимирович, Харитонов Игорь Анатольевич

Прогр. обучения: Прикладная электроника и фотоника

Язык: русский

Кредиты: 12

Контактные часы: 104

Полная версия программы учебной 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

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

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

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

Домашнее задание 2
Экзамен 2
Домашнее задание 4
Экзамен 4

Промежуточная аттестация

2022/2023 учебный год 2 модуль
0.4 * Домашнее задание 2 + 0.6 * Экзамен 2
2022/2023 учебный год 4 модуль
0.6 * Экзамен 4 + 0.4 * Домашнее задание 4

Программа дисциплины