Магистратура
2024/2025
Аналоговые и цифровые устройства
Статус:
Курс обязательный (Прикладная электроника и фотоника)
Направление:
11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Кто читает:
Департамент электронной инженерии
Когда читается:
1-й курс, 1-4 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Охват аудитории:
для своего кампуса
Прогр. обучения:
Прикладная электроника и фотоника
Язык:
русский
Кредиты:
12
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
- 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.
Промежуточная аттестация
- 2024/2025 2nd module0.4 * Домашнее задание 2 + 0.6 * Экзамен 2
- 2024/2025 4th module0.4 * Домашнее задание 4 + 0.6 * Экзамен 4
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Волович, Г. И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств / Г. И. Волович. — 4-е, изд. — Москва : ДМК Пресс, 2018. — 636 с. — ISBN 978-5-97060-623-0. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/107891 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
- Моделирование работы цифровых устройств с помощью программы PSpice : учеб. пособие, Петросянц, К. О., 2006
- Основы проектирования интегральных схем и систем, Казённов, Г. Г., 2005
- Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. - Проектирование цифровых устройств - Издательство "Лань" - 2012 - 896с. - ISBN: 978-5-8114-1265-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/68474
- 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