Detail předmětu

Nové obvodové principy pro návrh integrovaných systémů

FEKT-MPC-OPIAk. rok: 2021/2022

Nové obvodové principy pro návrh integrovaných systémů
1. Trendy používané při návrhu analogových obvodů s nízkým napájecím napětím a nízkou spotřebou.
2. MOS-rezistor jako náhrada pasivních rezistorů, princip řízení (master-slave), výhody, použití.
3. MOS tranzistor řízený substrátovým hradlem (bulk-driven), princip, výhody a nevýhody, použití.
4. MOS tranzistor s plovoucím hradlem (floating-gate), princip, výhody a nevýhody, použití.
5. MOS tranzistor s kvazi plovoucím hradlem (quasi-floating-gate), princip, výhody a nevýhody, použití.
6. Prvky vyšších řádů, memristory, použití, další vývoj.
7. Zesilovač typu DDA (differential difference amplifier), princip, výhody, použití.
8. Digitálně řízený transkonduktor (Gm stage), princip, výhody, použití.
9. Konvejory, princip, použití.
10. Napěťové usměrňovače bez použití diod, princip (winner-take-all), výhody, použití.
11. Požadavky na analogové obvody určené pro zpracování biologických signálů a vlastnosti biologických signálů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Výsledky učení předmětu

Student získá vědomosti o nejnovějších perspektivních směrech v technice integrovaných obvodů, která je v popředí zájmu jak ve výzkumu, tak i v aplikacích. Nové obvodové principy umožňují obvodovým řešením dosáhnout lepších parametrů integrovaného obvodu v dané technologii.

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat základní kroky v procesu návrhu integrovaného obvodu,
- popsat základní vlastnosti unipolárních tranzistorů řízených substrátovým hradlem (bulk-driven) a jak ovlivňují parametry zesilovačů signálů,
- popsat základní vlastnosti unipolárních tranzistorů s plovoucím hradlem (floating-gate) a jak ovlivňují parametry zesilovačů signálů,
- popsat základní vlastnosti unipolárních tranzistorů s kvazi plovoucím hradlem (quasi-floating-gate) a jak ovlivňují parametry zesilovačů signálů,
- navrhnout a ověřit základní parametry struktury OTA, OZ a DDA,
- nakreslit schémata základních zesilovacích struktur s operačními zesilovači a vysvětlit jejich funkci,
- diskutovat výhody a nevýhody moderních aktivních prvků OZ, OTA, DDA, CCII,
- definovat a vysvětlit digitálně řízené analogové integrované obvody,
- popsat základní principy usměrňovačů bez použití diod,
- popsat požadavky na analogové obvody určené pro zpracování biologických signálů.

Prerekvizity

- Základní až pokročilá znalost analogových obvodů je nezbytná (znalosti malosignálového modelu MOS tranzistoru, základních struktur a vlastností proudových zrcadel a napěťových referencí apod.).
- Znalost práce s programem pro analýzu elektronických obvodů PSpice.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači.

Způsob a kritéria hodnocení

Do 30 bodů za práci v semestru.
Do 70 bodů za zkoušku.

Osnovy výuky

Nové obvodové principy pro návrh integrovaných systémů
1. Trendy používané při návrhu analogových obvodů s nízkým napájecím napětím a nízkou spotřebou.
2. MOS-rezistor jako náhrada pasivních rezistorů, princip řízení (master-slave), výhody, použití.
3. MOS tranzistor řízený substrátovým hradlem (bulk-driven), princip, výhody a nevýhody, použití.
4. MOS tranzistor s plovoucím hradlem (floating-gate), princip, výhody a nevýhody, použití.
5. MOS tranzistor s kvazi plovoucím hradlem (quasi-floating-gate), princip, výhody a nevýhody, použití.
6. Prvky vyšších řádů, memristory, použití, další vývoj.
7. Zesilovač typu DDA (differential difference amplifier), princip, výhody, použití.
8. Digitálně řízený transkonduktor (Gm stage), princip, výhody, použití.
9. Konvejory, princip, použití.
10. Napěťové usměrňovače bez použití diod, princip (winner-take-all), výhody, použití.
11. Požadavky na analogové obvody určené pro zpracování biologických signálů a vlastnosti biologických signálů.

Učební cíle

Cílem předmětu je hlubší studium perspektivních směrů vývoje analogové techniky. Cílem nových obvodových principů je dosažení lepších parametrů analogových obvodů obvodovým řešením při dané technologii a rozměrech, které jsou většinou definovány převažující digitální technologií. Jedná se o nejvíce sledovanou problematiku současné analogové techniky.

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.

Základní literatura

KHATEB, F.: New circuit principles for integrated system design. Prezentace projektu KISP. Brno 2015 (EN)
MUSIL, V. a kol.: Nové obvodové principy pro návrh integrovaných systémů. Obvody v proudovém módu - případová studie. Elektronický text projektu KISP. Brno 2014 (CS)
MUSIL, V. a kol.: Nové obvodové principy pro návrh integrovaných systémů. Nanoelektronika. Prezentace projektu KISP. Brno 2015 (CS)

Doporučená literatura

Tan, N. N.; Li, D.; Wang. Z.: Ultra-Low Power Integrated Circuit Design: Circuits, Systems, and Applications, New York: Springer Science & Business Media, 2013, 232 s. ISBN 978-1-4419-9972-6 (EN)
Tajalli, A.; Leblebici, Y.: Extreme Low-Power Mixed Signal IC Design: Subthreshold Source-Coupled Circuits, New York: Springer Science & Business Media, 2010, 274 s. ISBN 978-1-4419-6477-9 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-MEL magisterský navazující, 2. ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Transformace lineárních a nelineárních obvodů, prvky vyšších řádů
Gyrátory, konvejory, mutátory, afinory
Obvody v proudovém režimu
Zvláštní typy proudových zdrojů
Řízené zdroje
Proudové operační zesilovače
Translineární teorém a obvody
Transimmitanční zesilovače
Struktury TEC a COMFET
Principy pro návrh BiCMOS, RFCMOS a SiGe IO
Spínané kapacitory a filtry
Obvody se spínanými proudy
Systolické principy

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Transformační dvojbrany
Speciální proudové zdroje
OTA-C integrátor a filtr
Proudový operační zesilovač
Translineární dvojbran
TEC a COMFET obvody