Detail předmětu

Modelování a počítačová simulace

FEKT-BPC-MPSAk. 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

5

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.

 

Doporučená literatura

KUNDERT, Kenneth S. The Designer's Guide to Spice and Spectre. New York: Kluwer Academic Publishers, 2003. ISBN 0-306-48200-2. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-MET bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný, je součástí profilujícího základu

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.

Osnova

Modelování, analýza, simulace. Simulované obvody a děje. Matematické modely v obvodových simulátorech. Simulační programy.
Struktura programů založených na symbolických algoritmech. Modelování a analýza linearizovaných obvodů.
Struktura numerických simulátorů. SPICE. Modely součástek.
Tvorba modelu obvodu. Práce se schématickým editorem.Typy analýz, analyzační módy a režimy.
Analýza "Transient". Fourierova analýza.
Analýzy "AC" a "DC". Šumová analýza.
Rozšiřující typy analýz. Analyzační režimy.
Krokování, teplotní a vyhodnocovací analýza.
Analýzy "Monte Carlo" a "Worst Case".
Optimalizace.
Hierarchické modelování.
Problémy při počítačové simulaci a způsoby jejich překonávání.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Adam Šlechta
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D.
Ing. Alexandr Matějka

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
Charakterizace operačních zesilovačů, vytváření testovacích simulačních profilů, Nastavování funkcí pro zpracování výsledků simulací
Práce s modely bipolárních a unipolárních tranzistorů