Detail předmětu

Modelování a simulace v mikroelektronice

FEKT-BPC-MSIAk. rok: 2025/2026

Předmět je zaměřen na problematiku počítačového modelování a analýzy elektronických obvodů a mikroelektronických struktur. V rámci předmětu je student seznámen s obecnými principy, možnostmi a omezeními různých typů analýz. Podrobně se seznámí s používanými modely jednotlivých součástek. V rámci cvičení studenti získají praktické zkušenosti s návrhovým programem pro integrované obvody od společnosti Cadence.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen:
- vysvětlit co je to lineární a nelineární elektrický obvod
- vysvětlit pojmy počáteční podmínky, přechodný děj, ustálený stav
- vysvětlit, jak se měří stejnosměrné charakteristiky nelineárních prvků
- vysvětlit, jak se měří kmitočtové charakteristiky obvodů
- popsat základní vlastnosti bipolárních a unipolárních tranzistorů
- popsat základní lineární a nelineární charakteristiky operačních zesilovačů
- nakreslit schémata základních zesilovačích struktur s operačními zesilovači a vysvětlit jejich funkci 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Bodové hodnocení je rozděleno následujícím způsobem:

- až 40 bodů za práci v semestru (minimálně 20 bodů pro získání zápočtu),
- až 60 bodů za písemnou zkoušku.

Počítačová cvičení jsou povinná. Řádně omluvená absence na cvičení může být nahrazena po domluvě s vyučujícím.

 

Učební cíle

Cílem předmětu je navázat na základní znalosti z oblasti návrhu analogových obvodů, polovodičových prvků a mikroelektronických struktur a poskytnout studentům základní orientaci v problematice počítačové analýzy a modelování elektronických a mikroelektronických prvků a obvodů.

Absolvent předmětu je schopen:
- obsluhovat nástroj pro počítačovou analýzu a simulaci elektronických obvodů,
- zvolit vhodný typ počítačové simulace a nastavit její parametry v závislosti na požadovaném výstupu,
- provádět počítačovou simulaci elektronických obvodů,
- analyzovat a odstranit případné chyby bránící korektní počítačové simulaci,
- získávat, analyzovat a verifikovat výsledky simulací,
- vytvářet modely elektronických analogových prvků.

 

Základní literatura

KLEDROWETZ, Vilém. Modelování a počítačová simulace. Brno, 2024. Učební text. UMEL, FEKT, VUT Brno. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-NCP bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.

Osnova

Úvod do problematiky počítačového modelování, simulací elektronických obvodů a mikroelektronických struktur.
Simulátor Spectre - základní typy analýz a základní pravidla pro tvorbu netlistu.
Simulátor Spectre - pokročilé metody tvorbu netlistu.
Modelování polovodičových součástek (dioda, modely BSIM).
Prostředí Virtuoso Design Environment.
Velkosignálové analýzy - analýza DC (algoritmus výpočtu, konvergenční kritéria, nastavení v ADE Explorer).
Velkosignálové analýzy - časová analýza (integrační metody, řízení časového kroku, nastavení v ADE Explorer)
Malosignálové analýzy (Analýza AC, XF, PZ, STB, šumová analýza a jejich nastavení v ADE Explorer).
Statistické analýzy - Monte Carlo, dcmatch, acmatch, Corner analýza.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.

Osnova

Seznámení se s prostředím Cadence, nastavení knihoven, seznámení se s používanou technologií
Vytváření obvodů, nastavení simulačních profilů v prostředí ADE Assembler a ADE Explorer
Behaviorální modelování, nastavení stimuli
Časová analýza, řešení problémů s konvergencí
Kmitočtové analýzy (AC, PAC)
Analýza Monte-Carlo, Corner analýza
Úvod do Verilog-AMS
Charakterizace operačních zesilovačů, vytváření testovacích simulačních profilů, Nastavování funkcí pro zpracování výsledků simulací
Práce s modely bipolárních a unipolárních tranzistorů