• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Проектирование аналоговых и цифровых устройств

2019/2020
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
9
Кредиты
Статус:
Курс обязательный
Когда читается:
1-й курс, 1-4 модуль

Преподаватели

Программа дисциплины

Аннотация

Дисциплина "Проектирование аналоговых и цифровых устройств" относится к вариативной части Профессионального цикла. 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», «Основы технологии электронной компонентной базы». В 4 модуле 2019/20 уч. года обучение проводится дистанционно с помощью https://classroom.google.com
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целями освоения дисциплины "Проектирование аналоговых и цифровых устройств" 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.
  • Для изучения дисциплины студент должен обладать следующими компетенциями: – Способность владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения; - Способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности; – Способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики; – Способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии; – Способность собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в области электроники и наноэлектроники; – Готовность анализировать и систематизировать результаты исследований, представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

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

Содержание учебной дисциплины

  • Основные параметры аналоговых устройств. Расчет характеристик аналоговых схем и аналоговых устройств с помощью пакетов схемотехнического (SPICE) моделирования
    Основные параметры аналоговых устройств: входные, выходные, усилительные, частотные, динамические, шумовые. Методы расчета амплитудно-частотных, фазо-частотных и др. характеристик аналоговых каскадов и аналоговых устройств с помощью пакетов SPICE моделирования.
  • Каскады аналоговых схем, их характеристики и параметры. Согласование каскадов между собой.
    Входные, выходные каскады, усилительные, согласующие. Требования к каскадам. Параметры каскадов. Проектирование аналоговых каскадов на биполярных транзисторах. Проектирование аналоговых каскадов на МОП транзисторах.
  • Фильтры. Резонансные усилители
    Назначение. Схемы, Характеристики. Формирование требуемых АЧХ.
  • Обратная связь в аналоговых схемах и системах.
    Виды обратной связи. Влияние обратной связи на характеристики схемы. Формирование требуемых характеристик аналоговых устройств с помощью обратной связи.
  • Генераторные схемы
    Условия возникновения колебаний в схеме. Обеспечение стабильности работы генераторов.
  • Схемотехника операционных усилителей и компараторов.
    Классы операционных усилителей. Параметры операционных усилителей. Зависимость параметров ОУ от схемы. Характеристики компараторов.
  • Схемные применения ОУ в аналоговых устройствах.
    Построение усилительных схем и фильтров на ОУ.
  • Синхронизация в цифровых устройствах. Совместная работа цифровых устройств. Расчет характеристик цифровых устройств с помощью пакетов SPICE моделирования.
    Основные параметры и характеристики цифровых устройств. Методы расчета характеристик и параметров. Типы выходных каскадов логических схем, цепи питания, формирователи импульсов, оптоэлектронные устройства развязки. Синхронизация в цифровых устройствах, риски сбоя.
  • Функциональные узлы комбинационного типа. Особенности их проектирования
    Шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, АЛУ. Особенности их проектирования.
  • Функциональные узлы последовательного типа. Особенности их проектирования
    Регистры, счетчики, распределители импульсов. Их схемотехника и особенности проектирования.
  • Схемотехника запоминающих устройств. Статическая и динамическая память
    Статические и динамические ЗУ, постоянные и перепрограммируемые ЗУ. Масочные, прожигаемые ЗУ. Проектирование блоков памяти в цифровых системах.
  • Влияние 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.
    Типы базовых матричных кристаллов. Типы и классы ПЛМ. Архитектура ПЛМ. Средства программирования ПЛМ.
  • Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Характеристики, параметры, схемы ЦАП и АЦП.
  • Цифровая обработка сигналов в аналоговых системах. Цифровая обработка аудиосигнала. Цифровая обработка видеосигнала.
  • 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
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Практические задания
    Элемент контроля не подлежит пересдаче, не является блокирующим, вес элемента - менее 30%. Пропущенные по уважительной причине практические занятия студент может выполнить в часы консультаций, по согласованию с преподавателем.
  • неблокирующий Домашнее задание
  • неблокирующий Экзамен
    Экзамен проводится в письменной форме (утест) с использованием асинхронного прокторинга. Экзамен проводится на платформе Moodle (https://et.hse.ru/), прокторинг на платформе Экзамус (https://hse.student.examus.net). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут. На платформе Экзамус доступно тестирование системы. Компьютер студента должен удовлетворять следующим требованиям: https://elearning.hse.ru/data/2020/05/07/1544135594/Технические%20требования%20к%20ПК%20студента.pdf) Для участия в экзамене студент обязан: заранее за 24 часа зайти на платформу прокторинга, провести тест системы, включить камеру и микрофон, подтвердить личность. Во время экзамена студентам запрещено: общаться (в социальных сетях, с людьми в комнате), списывать. Во время экзамена студентам разрешено: пользоваться собственными письменными конспектами (в тетради или на распечатанных листах) и презентациями. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается прерывание связи до 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается прерывание связи 10 минут и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.2 * Домашнее задание + 0.2 * Практические задания + 0.6 * Экзамен
  • Промежуточная аттестация (4 модуль)
    0.062 * Домашнее задание + 0.063 * Практические задания + 0.5 * Промежуточная аттестация (2 модуль) + 0.375 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Моделирование работы цифровых устройств с помощью программы PSpice : учеб. пособие, Петросянц К. О., Харитонов И. А., 2006
  • Основы проектирования интегральных схем и систем, Казённов Г. Г., 2005
  • Схемотехника аналоговых электронных устройств : учебник для вузов, Павлов В. Н., Ногин В. Н., 2003
  • Электроника интегральных схем : лабораторные работы и упражнения, Петросянц, К. О., 2017

Рекомендуемая дополнительная литература

  • VHDL: справочное пособие по основам языка : учеб. пособие для вузов, Бабак В. П., Корченко А. Г., 2008
  • Схемотехническое и системное проектирование радиолектронных устройств в OrCAD 10.5, Златин И. Л., 2008