Системы схемотехнического моделирования

2019/2020

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

5

Кредиты

Кто читает:

Департамент компьютерной инженерии

Статус:

Курс по выбору

Когда читается:

1-й курс, 3, 4 модуль

Преподаватель

Тумковский Сергей Ростиславович

Программа дисциплины

Аннотация

Компьютерное моделирование электронных схем – один из основных этапов проектирования цифровых и аналоговых интегральных схем,электронных схем разной степени сложности, реализованных на дискретных элементах, блоков радиоаппаратуры и электронных изделий в целом. Системы схемотехнического моделирования, развитие которых началось в середине прошлого века, в настоящее время являются частью высоко интегрированных систем автоматизированного проектирования и, как правило решают задачи анализа. Наибольшее распространение для проведения компьютерного схемотехнического моделирования получила система SPICE, разработанная в Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, положенная в основу большинства современных коммерческих систем схемотехнического моделирования. К таким системам, в первую очередь, относятся: HSPICE (фирма MetaSoftware), ORCAD (Cadence Design Systems, Inc. ), IS_SPICE (Intusoft), MicroCap (Spectrum Software), Altium Designer (Altium), Dr. Spice и ViewSpice (Deutsch Research). Целями освоения дисциплины «Системы схемотехнического моделирования» являются освоение студентами систем, использующих методы математического моделирования электронных схем путем формирование у них представлений о методах построения и исследования моделей; ознакомления с принципами моделирования электронных средств, как сложной системы, изучения инструментальных средств схемотехнического моделирования.

Цель освоения дисциплины

• Целями освоения дисциплины «Системы схемотехнического моделирования» являются освоение студентами систем, использующих методы математического моделирования в области исследования современных электронных средств и процессов путем формирование у них представлений и фундаментальных понятий о моделировании, методах построения и исследования моделей; ознакомление с принципами моделирования электронных средств, как сложной системы, реализующих новые информационные технологии, изучение инструментальных (программных и технических) средств моделирования процессов функционирования.

Планируемые результаты обучения

• Знать фундаментальные понятия о моделировании
• Знать основные принципы моделирования электрических процессов, протекающих в электронных схемах;
• Уметь применять методы моделирования электронных средств.
• Знать свойства моделируемого объекта и внешних воздействий.
• Уметь выбирать типы моделей и их структуру в зависимости от поставленных задач составить план решения оптимизационной задачи.
• Уметь рассчитывать параметры и основные характеристики моделей любого из рассмотренных классов
• Иметь навыки построение конкретных моделей осуществление моделирования физических процессов
• Уметь владеть навыками принятия решений по результатам математического моделирования
• Иметь навыки качественного исследования задач моделирования с использованием современных систем схемотехнического моделирования
• Приобрести опыт принятия решений по результатам схемотехнического моделирования. Уметь планировать эксперимент.

Содержание учебной дисциплины

• Тема 1. Автоматизация проектных работ
  Основные понятия автоматизации проектных работ. Общие принципы и методы проектирования. Классификация проектных задач. Моделирование в процессе автоматизированного проектирования. Схема алгоритма методики проектирования. Задачи схемотехнического моделирования.
• Тема 2. Базовые модели элементов
  Классификация моделей элементов РЭС. Модели пассивных элементов. Модели зависимых источников. Модель полупроводникового диода. Модели транзисторов. Макромодель операционного усилителя.
• Тема 3. Макромоделирование элементов и узлов
  Классификация методов макромоделирования. Метод построения описания вход-выход. Метод редукции топологических, структурных и аналитических моделей. Методы упрощения на основе функций чувствительности и идеализации.
• Тема 4. Верификация моделей элементов
  Верификация моделей полупроводникового диода, биполярного транзистора, МОП транзистора, операционного усилителя
• Тема 5. Введение в теорию оптимизации
  Основные понятия. Критерии оптимальности. Классификация методов оптимизации. Обобщенный алгоритм оптимизации. Экспериментальная проверка алгоритмов оптимизации.
• Тема 6. Идентификация параметров моделей элементов
  Методика идентификации параметров моделей элементов РЭС. Определение параметров полупроводникового диода, биполярного и полевого транзисторов, макромодели операционного усилителя. Определение параметров моделей на примере TTL – вентиля.
• Тема 7. Математическая модель схемы в статическом режиме
  Математическая модель схемы в частотной, временной областях и в статическом режиме. Метод Ньютона-Рафсона для решения систем нелинейных алгебраических уравнений и способы повышения сходимости.
• Тема 8. Математическая модель схемы во временной области
  Циклический алгоритм для решения систем интегро-дифференциальных уравнений. Методы переменного порядка для решения систем интегро-дифференциальных уравнений.
• Тема 9. Математическая модель схемы в частотной области
  Метод LU- разложения для решения систем линейных алгебраических уравнений. Решение систем линейных алгебраических уравнений с разреженными матрицами.
• Тема 10. Решение инженерных задач
  Примеры решения инженерных задач схемотехнического моделирования с применением систем LTSpice..

Элементы контроля

• решение задач
• Экзамен 1
  Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса) на платформе meet.miem.hse.ru. К экзамену необходимо подключиться за 5 минут до его начала по расписанию. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка meet.miem.hse.ru. Во время экзамена студентам запрещено нарушать правила академической этики. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем связи в пределах не более 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем с качеством связи и стабильностью соединения в пределах свыше 10 минут. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.
• решение задач
• Экзамен 2
  Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса) на платформе meet.miem.hse.ru. К экзамену необходимо подключиться за 5 минут до его начала по расписанию. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка meet.miem.hse.ru. Во время экзамена студентам запрещено нарушать правила академической этики. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем связи в пределах не более 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем с качеством связи и стабильностью соединения в пределах свыше 10 минут. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (3 модуль)
  0.7 * решение задач + 0.3 * Экзамен 1
• Промежуточная аттестация (4 модуль)
  0.7 * решение задач + 0.3 * Экзамен 2

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Защита электронных средств от воздействия статического электричества : учеб. пособие для вузов, Кечиев, Л. Н., 2005
• Тарасенко Ф.П. - Прикладной системный анализ. Учебное пособие - КноРус - 2019 - 321с. - ISBN: 978-5-406-06563-1 - Текст электронный // ЭБС BOOKRU - URL: https://book.ru/book/929657

Рекомендуемая дополнительная литература

• Искусство схемотехники, Хоровиц, П., 2019