Detail předmětu

Modern Electronic Circuit Design

FEKT-DPA-RE1Ak. rok: 2020/2021

Studenti se seznámí s pokročilými metodami pro počítačové modelování elektronických obvodů (výpočet ustálené odezvy, přibližná symbolická analýza, řešení obvodů s úseky vedení, analýza integrity signálu, modelování soustav s prvky necelistvých řádů, metody analýzy variability parametrů v elektronických soustavách), návrh analogových integrovaných obvodů (základní prvky v technologii CMOS, návrh základních analogových bloků, řešení speciálních úloh - ochrana před elektrostatickými výboji, latch-up, EMC integrovaných obvodů), s optimalizací obvodů ( formulace kriteriální funkce, lokální optimalizační metody, globální optimalizační metody, více-kriteriální úlohy).

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen (1) navrhovat základní bloky elektronických obvodů, (2) formulovat modely a používat pokročilé metody pro simulaci, (3) využívat tradiční i netradiční metody pro optimalizaci systémů obecné povahy.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti magisterské matematiky (maticový počet, diferenciální rovnice, integrální transformace, teorie grafů) a teorie obvodů (metody formulace rovnic, modely prvků, základní zapojení).

Doporučená nebo povinná literatura

ALLEN, P.E., HOLBERG, D.L. CMOS Analog Circuit Design (3rd edition). Oxford University Press, 2012. ISBN: 978-0-199-93742-4. (EN)
DEB, K. Multi-objective optimization. In Search methodologies. Boston: Springer, 2014, pp. 403-449. ISBN: 978-1-461-46939-1. (EN)
NAJM, F.N. Circuit Simulation. Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press; 2010. ISBN: 978-0-4705-3871-5. (EN)
BALANIS, C. A. Antenna theory: analysis and design. 4th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2016. ISBN 978-1-118-64206-1. (EN)
STUMPF, M. Electromagnetic reciprocity in antenna theory. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2017. ISBN 978-1-119-46640-6. (EN)
RUSS, S. H. Signal Integrity: Applied Electromagnetics and Professional Practice. Springer, 2016. ISBN: 978-3-319-29758-3. (EN)
AZAR, T., RADWAN, A. G., and VAIDYANATHAN, S. Fractional Order Systems: Optimization, Control, Circuit Realizations and Applications. Academic Press, 2018. ISBN: 978-0-128-16152-4. (EN)
ZJAJO, A.: Stochastic Process Variation in Deep-Submicron CMOS: Circuits and Algorithms. New York: Springer, 2014. ISBN 978-94-007-7781-1. (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody vyučování zahrnují přednášky. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává dva samostatné projekty.

Způsob a kritéria hodnocení

Dva individuální projekty a jejich obhajoba (2 x 50 bodů).

Jazyk výuky

angličtina

Osnovy výuky

1.- 5. Computer modeling of electronic circuits
- Modeling of electronic devices.
- Methods for solution in DC, AC, and time domains. Simulation accuracy, convergence problems.
- Computation of steady state in time, frequency, and combined domains. Methods for approximate symbolic analysis and their utilization.
- Methods for simulation of circuits with transmission lines. Utilization for analysis of signal integrity in discrete and integrated applications.
- Modeling and simulation of systems with fractional-order elements. Application in circuits with lumped parameters (filters, oscillators, PID controllers) and distributed parameters (transmission lines).
- Methods of parameter variability analysis in electronic systems (Monte Carlo, polynomial-chaos expansion, stochastic differential equation approach).

6. Basic theorems for lumped and distributed circuits
- Mathematical description of transmitting and receiving antenna system.
- Introduction to the reciprocity theorem and its applications. Reciprocity between receiving and transmitting states of antenna (construction of the Kirchhoff equivalent circuit of receiving antenna, power theorem of reciprocity, conditions of antenna matching).

7.-10. Analog integrated circuit design
- Basic network elements. Specifics of CMOS technology, parasitic elements, manufacturing tolerance.
- Building blocks of integrated circuits. Current mirrors, amplifier stages. Analysis of operation and parasitic properties.
- Methodology of design basic blocks, analytical model and it solution. Case study of an transconductance operating amplifier.
- Simulation of special problems: ESD protection, latch-up, EMC of integrated circuits.

11.-13. Circuit optimization
- Classification of optimization problems (local and global, single- and multiple-criteria, etc.). Formulation of criterial function, local optimization methods (steepest descent, Newton method).
- Global optimization methods for single-criteria functions (simplex method, genetic algorithms, particle-swarm methods, self-organizing and migrating algorithms).
- Formulation of multi-criteria optimization problems, aggregation methods for transformation to single-criteria problems, multi-criteria algorithms (NSGA-II, MOPSO, MOSOMA).

Cíl

Předmět je zaměřen na pokročilé metody pro modelování, analýzu, návrh a optimalizaci diskrétních i integrovaných elektronických obvodů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program DPA-KAM doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DPA-EKT doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný
  • Program DPA-EIT doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DKA-EIT doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DPAD-EIT doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DPA-MET doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DPA-SEE doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DPA-TLI doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DPA-TEE doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Seminář

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

eLearning