Detail předmětu

Návrh moderních elektronických obvodů

FEKT-DKC-RE1Ak. rok: 2022/2023

Studenti se seznámí s pokročilými metodami pro počítačové modelování elektronických obvodů. Studenti se seznámí s principy numerických metod pro modelování elektromagnetického pole a s pokročilými metodami optimalizace. Důraz je kladen na pochopení formulace problému a jeho samostatné řešení problému a prezentaci.

Garant předmětu

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je umí formulovat okrajovou-počáteční úlohu elektromagnetického pole a rozumí principům řešení těchto problémů. Absolvent se dále seznámí s moderními optimalizačními technikami.

Prerekvizity

Lineární algebra; numerická analýza; diferenciální a integrální počet v komplexním oboru; integrální transformace; základní pojmy a principy z oblasti teorie elektromagnetického (EM) pole, antén a vedení.

Literatura

ALLEN, P.E., HOLBERG, D.L. CMOS Analog Circuit Design (3rd edition). Oxford University Press, 2012. ISBN: 978-0-199-93742-4. (CS)
DEB, K. Multi-objective optimization. In Search methodologies. Boston: Springer, 2014, pp. 403-449. ISBN: 978-1-461-46939-1. (CS)
NAJM, F.N. Circuit Simulation. Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press; 2010. ISBN: 978-0-4705-3871-5. (CS)
BALANIS, C. A. Antenna theory: analysis and design. 4th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2016. ISBN 978-1-118-64206-1. (CS)
STUMPF, M. Electromagnetic reciprocity in antenna theory. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2017. ISBN 978-1-119-46640-6. (CS)
RUSS, S. H. Signal Integrity: Applied Electromagnetics and Professional Practice. Springer, 2016. ISBN: 978-3-319-29758-3. (CS)
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. (CS)
ZJAJO, A.: Stochastic Process Variation in Deep-Submicron CMOS: Circuits and Algorithms. New York: Springer, 2014. ISBN 978-94-007-7781-1. (CS)
STUMPF, M. Time-domain Electromagnetic Reciprocity in Antenna Modeling. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2019. ISBN: 978-1-119-61237-7. (CS)

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

Individuální projekt a jeho obhajoba.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

- Návrh analogových integrovaných obvodů
  - Základní obvodové prvky. Specifika CMOS technologie, parazitní prvky, vliv výrobního rozptylu.
  - Stavební prvky integrovaných obvodů. Proudová zrcadla, zesilovací stupně. Rozbor činnosti a parazitních vlastností.
  - Metodika návrhu základních bloků, analytický model a jeho řešení. Rozbor transkonduktančního OZ.
  - Řešení a simulace speciálních úloh: ochrana před elektrostatickými výboji (ESD), latch-up, EMC integrovaných obvodů.
- Úvod do teorie EM pole;
  - Maxwellovy rovnice a relace kompatibility
  - Okrajové podmínky
- Integrální reprezentace EM pole a jejich aplikace;
  - Greenovy elektromagnetické tenzory
  - Formulace elektromagnetických integrálních rovnic
  - Aplikace integrálních rovnic pro řešení přímých a inverzních problémů
- Řešení problémů EM pole, prezentace a obhajoba projektů I;
  - Řešení fundamentálních problémů EM vlnového pole
  - Prezentace a obhajoby zvoleného řešení
- Metoda konečných diferencí;
  - Princip metody konečných diferencí
  - Aplikace metody konečných diferencí na problémy EM vlnových polí;
- Metoda konečných prvků;
  - Princip metody konečných prvků
  - Aplikace metody konečných prvků na problémy EM vlnových polí;
- PEEC metoda a její aplikace v EMC;
  - Formulace PEEC metody
  - Aplikace PEEC metody na problémy elektromagnetické kompatibility
- Integrované diferenciální modely;
  - Formulace a princip integrovaných diferenciálních modelů
- Řešení problémů EM pole, prezentace a obhajoba projektů II;
  - Aplikace numerických metod na problémy EM pole
  - Prezentace a obhajoby zvoleného øešení
- Optimalizace I
  - Definice, podmímky optimality, formulace kriteriální funkce
  - Lokální optimalizační metody
- Optimalizace II;
  - Globální optimalizační metody – obecný popis
  - Aplikace globálních algoritmů na návrh EM struktur
- Optimalizace III;
  - Více-kriteriální optimalizace – vlastnosti, Paretovo čelo, princip dominance
  - Globální více-kriteriální algoritmy
- Metoda charakteristických módů;
  - Princip metody charakteristických módů
  - Aplikace metody charakteristických módů na analýzu a syntézu antén
- Řešení problémů EM pole, prezentace a obhajoba projektů III;
  - Aplikace optimilizaèních technik na problémy EM vlnového pole
  - Prezentace a obhajoby zvoleného řešení

Cíl

Předmět je primárně zaměřen na modelování a optimalizace problémů elektromagnetického pole.

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 DKC-EKT doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinný
Program DKC-KAM doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
Program DKC-MET doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
Program DKC-SEE doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
Program DKC-TLI doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
Program DKC-TEE doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

Seminář

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zdeněk Kolka