1. Изучение программы ACCEL Schematic. Создание принципиальных электрических схем.
2. Изучение программы ACCEL РСВ. Размещение компонентов и ручная трассировка соединений печатной платы.
3. Автоматическая трассировка соединений печатных платы.
4. Работа с библиотеками. Создание компонентов.
5. Пакет PspiCe. Моделирование статистического режима и амплитудно-частотных характеристик.
6. Пакет PspiCe. Моделирование переходных характеристик.
7. Пакет MicroCAP. Моделирование статистического режима и амплитудно-частотные характеристики.
8. Пакет MicroCAP. Моделирование переходных характеристик.
Внеаудиторная (самостоятельная) работа студентов
Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление теоретического материала, приобретение навыков работы с литературой.
Формы самостоятельной работы студентов: изучение лекционного материала, работа с литературой, подготовка к лабораторным занятиям (по одному часу на занятие).
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Разевиг проектирования печатных плат ACCEL EDA 15
(Р-CAD2000). – М.: Солон-Р, 2000.
2. Разевиг сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0). –М.: Солон, 1999.
3. Сучков проектирования печатных плат в САПР PCAD 4.5, PCAD 8.5-8.7 и Accel-EDA 15.- М.: Горячая линия-Телеком Микрос. 2000.
4. Разевиг схемотехнического моделирования Micro-CAP V). - М.: Солон, 1997.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Разевиг программ P-CAD и Pspice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: В 4 вып. - М.: Радио и связь, 1992.
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-010/тип.
ПРИЕМ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности IРадиотехника
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составитель:
, заведующий кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук
Рецензенты:
, заместитель технического директора научно-исследовательский приборостроительный институт», старший научный сотрудник, кандидат технических наук;
Кафедра телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол от 01.01.2001 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей IСхемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Прием сигналов на фоне помех» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для специальности IРадиотехника высших учебных заведений.
Целью дисциплины является привитие студентам знаний и навыков структурного синтеза и анализа помехоустойчивости устройств приема и обработки сигналов на фоне помех, имеющих произвольные статистические характеристики.
Дисциплина обеспечивает системный подход к проектированию радиоприемных устройств для помехозащищенных радиолиний, позволяет обоснованно выбирать структурные схемы трактов приема и обработки сигналов.
Дисциплина «Прием сигналов на фоне помех» расположена в завершающей части дисциплин, предусмотренных учебным планом специальности «Радиотехника» и обеспечивающих научную и техническую подготовку радиоинженера. Изучая данную дисциплину, студенты знакомятся с методами статистического синтеза и анализа радиоэлектронных устройств, функционирующих в условиях действия помех, методами и устройствами амплитудно-частотного подавления интенсивных помех и выделения слабых сигналов, способами адаптации устройств приема и обработки сигналов к изменяющейся помеховой обстановке.
Фундаментальной базой дисциплины являются знания, приобретенные студентами при изучении дисциплин «Высшая математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», в особенности таких разделов этих дисциплин, которые связаны с функциональным анализом, интегральными и дифференциальными уравнениями, теорией случайных процессов.
Дисциплина основана на методах и алгоритмах анализа случайных и детерминированных сигналов, их преобразовании в типовых линейных и нелинейных цепях, с которыми студенты знакомятся при изучении дисциплин «Радиотехнические цепи и сигналы», «Основы компьютерного проектирования», «Радиоприемные устройства», «Радиотехнические системы».
Знания, приобретаемые при изучении дисциплины «Прием сигналов на фоне помех», обобщают сведения, полученные студентами в вышеперечисленных дисциплинах по вопросам обработки сигналов, дают системное представление о современных методах, алгоритмах и технических средствах построения оптимальных помехоустойчивых устройств.
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать:
- основы современной теории обнаружения;
- различения сигналов;
- оценки и фильтрации их параметров с учетом действия помех как гауссовского, так и негауссовского типов;
уметь характеризовать:
- структурные схемы трактов на основе уравнений, описывающих алгоритмы приема;
уметь анализировать:
- качественные показатели приема;
- наиболее типичные примеры подавителей помех;
приобрести навыки:
- построения структурных схем устройств приема и обработки сигналов.
Программа рассчитана на объем 64 учебных часов, которые могут быть распределены на лекции – 32 часа и практические занятия – 32 часа.
Наименование темы
Лекции
(часы)
Практические занятия (часы)
Всего
1
2
3
4
Введение
2
2
Раздел 1. Модели помех и сигналов
Тема 1.1. Гауссовские и негауссовские помехи
2
2
4
Тема 1.2. Модели сигналов
2
2
Раздел 2. Обнаружение и различение сигналов
Тема 2.1. Обнаружение де-терминированных сигналов
2
2
4
Тема 2.2. Обнаружение сигналов со случайным параметром
2
2
Тема 2.3. Различение сигналов
2
2
4
Раздел 3. Оценка параметров
Тема 3.1. Оценка максимального правдоподобия
2
2
Тема 3.2. Оценка параметров некогерентных сигналов
2
2
4
Раздел 4. Фильтрация непрерывных параметров
Тема 4.1. Уравнения фильтрации
4
2
6
Тема 4.2. Синтез когерентных устройств приема сигналов
2
2
Тема 4.3. Синтез некогерентных устройств приема сигналов
2
2
4
Раздел 5. Подавители помех
Окончание таблицы
1
2
3
4
Тема 5.1. Подавители негауссовских помех
4
2
6
Тема 5.2. Адаптивные подавители помех
2
2
4
Заключение
2
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Основные задачи оптимального приема состояния теории и техники оптимального приема. Цель и задачи курса. Обнаружение, различение сигналов, оценка и фильтрация их параметров. Помехи в радиоканалах и их характеристики.
Раздел 1. МОДЕЛИ ПОМЕХ И СИГНАЛОВ В ЗАДАЧАХ
ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА
Тема 1.1. ГАУССОВСКИЕ И НЕГАУССОВСКИЕ ПОМЕХИ
Многомерные плотности распределения вероятностей (ПРВ) помех. Примеры негауссовских помех. Помехи с бимодальной ПРВ.
Тема 1.2. МОДЕЛИ СИГНАЛОВ
Детерминированные, квазидетерминированные, случайные.
Раздел 2. ОБНАРУЖЕНИЕ И РАЗЛИЧЕНИЕ СИГНАЛОВ
Тема 2.1. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Постановка задачи обнаружения. Отношение правдоподобия. Схемы обнаружителей для слабых и сильных помех. Дискретные и непрерывные алгоритмы и схемы обнаружения. Понятие о безынерционном нелинейном подавлении помех. Характеристики обнаружения. Информация Фишера и коэффициент подавления помех. Отношение сигнал/шум на выходе коррелятора (согласованного фильтра) при интенсивных негауссовских помехах. Пример построения характеристик обнаружения.
Тема 2.2. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ
СО СЛУЧАЙНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Обнаружение сигналов со случайной начальной фазой. Обнаружение сигналов со случайными начальной фазой и амплитудой. Структурные схемы обнаружителей. Характеристики обнаружения.
Тема 2.3. РАЗЛИЧЕНИЕ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ НЕГАУССОВСКИХ ПОМЕХ
Отношение правдоподобия для задачи различения двух детерминированных сигналов. Структурные схемы различителей. Вероятность ошибочного приема двоичных детерминированных сигналов. Различение сигналов со случайными параметрами. Различение М сигналов. Вероятность ошибочного приема.
Раздел 3. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ
Тема 3.1. ОЦЕНКА МАКСИМАЛЬНОГО ПРАВДОПОДОБИЯ
Критерии оптимальной оценки. Средний риск. Апостериорная вероятность и функция правдоподобия. Структурная схема приемника максимально правдоподобной оценки. Дисперсия ошибки оптимального оценивания. Неравенства Крамера-Рао.
Тема 3.2. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НЕКОГЕРЕНТНЫХ СИГНАЛОВ
Пример построения приемника для оценки частоты сигнала со случайной начальной фазой. Прием шумоподобного сигнала на фоне интенсивной негауссовской помехи. Адаптивный безынерционный нелинейный преобразователь.
Раздел 4. ФИЛЬТРАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Тема 4.1. УРАВНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ
Уравнение для апостериорной плотности вероятности случайного параметра. Уравнение гауссовского приближения для оценок и дисперсий.
Тема 4.2. СИНТЕЗ КОГЕРЕНТНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА СИГНАЛОВ
Ошибки воспроизведения сообщений. Примеры фильтрации одного и двух параметров сигнала. Синхронизация шумоподобного сигнала.
Тема 4.3. СИНТЕЗ НЕКОГЕРЕНТНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИЕМА СИГНАЛОВ
Уравнения некогерентной фильтрации непрерывных процессов. Структурный синтез приемников некогерентных шумоподобных сигналов.
Раздел 5. ПОДАВИТЕЛИ ПОМЕХ
Тема 5.1. ПОДАВИТЕЛИ НЕГАУССОВСКИХ ПОМЕХ
Идеальный и реальный коэффициенты подавления. Билинейный подавитель. Обобщенный бинарный квантователь. Нелинейное подавление узкополосных помех.
Тема 5.2. АДАПТИВНЫЕ ПОДАВИТЕЛИ ПОМЕХ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития методов оптимального приема сигналов в каналах с помехами.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Модели помех в радиосистемах и устройствах.
2. Марковские процессы. Формирование процессов с заданными законами распределения вероятностей.
3. Обнаружитель известного точного сигнала. Характеристики обнаружения.
4. Подавители бимодальных помех.
5. Различители детерминированных сигналов.
6. Оценка задержки шумоподобного сигнала.
7. Структурный синтез приемника АМ сигнала с учетом действия ЧМ помехи.
8. Структурный синтез некогерентного приемника.
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА
СТУДЕНТОВ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
Самостоятельная работа направлена на решение задач синтеза и анализа приемников. Перечень задач дается на практических занятиях.
Формы самостоятельной работы студентов: изучение лекционного материала, работа с литературой, подготовка к практическим занятиям (по одному часу на занятие).
При изучении дисциплины предусматриваются следующие формы контроля: контрольные работы, которые проводятся на лекциях и практических занятиях, проверка конспектов. Итоговая форма контроля – зачет по курсу.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. и др. Прием сигналов на фоне помех: Учебно-метод. пособие. – Мн.: БГУИР, 1995.
2. Чердынцев теории приема сигналов на фоне помех. Учебно-метод. пособие. – Мн.: БГУИР, 1994.
3. и др. Примеры и задачи по курсу «Прием сигналов на фоне помех». Учебно-метод. пособие. – Мн.: БГУИР, 1997.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Тихонов прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983.
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики
и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-011/тип.
МИКРОСХЕМОТЕХНИКА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности IРадиотехника
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составитель:
, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
, заместитель технического директора научно-исследовательский приборостроительный институт», старший научный сотрудник, кандидат технических наук;
Кафедра телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший государственный колледж связи» (протокол от 01.01.2001 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол от 01.01.2001 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей IСхемы радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.2001 г.)
Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.108-98.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Микросхемотехника» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.108-98 для специальности
IРадиотехника высших учебных заведений. Она предусматривает изучение методов системо - и схемотехнического проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на современной элементной базе и принципов схемотехнического проектирования интегральных микросхем (ИС) различного назначения.
Задачи дисциплины состоят в том, чтобы научить студентов умело использовать изделия микроэлектроники как элементную базу при проектировании РЭА, грамотно формулировать технические требования на разработку микроэлектронных устройств (МЭУ) и отдельных изделий микроэлектроники, заложить основу для овладения принципами схемотехнического проектирования ИС различного назначения.
Дисциплина «Микросхемотехника» в учебном плане специальности «Радиотехника» расположена в центре перечня дисциплин, обеспечивающих научную и техническую подготовку радиоинженера. Изучая данную дисциплину, студенты знакомятся с методами анализа и принципами построения аналоговых электронных устройств на основе ИС, методами проектирования ИС, с вопросами обеспечения оптимального режима их работы и другими вопросами микросхемотехники, знание которых необходимо для ряда радиоинженерных дисциплин.
Фундаментальной базой дисциплины являются знания, приобретенные студентами при изучении дисциплин «Высшая математика», «Физика», в особенности таких разделов, которые связаны с теорией комплексных чисел, рядов, дифференциальным исчислением, электричеством и физикой полупроводников.
Дисциплина основана также на методах и алгоритмах анализа электрических цепей, с которыми студенты знакомятся при изучении дисциплин «Электротехника» и «Программирование», на знании характеристик и параметров активных и пассивных элементов, рассматриваемых в курсах «Радиоматериалы и основы микроэлектроники» и «Основы компьютерного проектирования», на знании основ схемотехнического проектирования, методов анализа нелинейных электрических цепей, критериев устойчивости линейных активных цепей и устройств с обратной связью, которые излагаются в дисциплинах «Радиотехнические цепи и сигналы» и «Аналоговые электронные устройства».
Знания, приобретаемые при изучении дисциплины «Микросхемотехника», являются полезными для многих дисциплин учебного плана, таких, как «Радиоприемные устройства», «Системы мобильной радиосвязи», «Прием сигналов на фоне помех» и другие, которые излагаются параллельно с данным курсом или после него.
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать и понимать:
- основные принципы, особенности и возможности интегральной схемотехники и технологии;
- методы системо - и схемотехнического проектирования РЭА на основе ИС;
уметь характеризовать:
- современные тенденции проектирования различных радиотехнических устройств (РТУ) на ИС;
- специфические особенности проектирования ИС;
уметь анализировать:
- сложные аналоговые электронные устройства на основе интегральной схемотехники с использованием методов машинного проектирования;
приобрести навыки:
- инженерного проектирования и расчета;
- моделирования и экспериментального исследования как самих ИС, так и различной РЭА на их основе с использованием современной измерительной техники.
Программа рассчитана на объем 85 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторных работ – 17 часов, практических занятий – 17 часов. Курсовое проектирование может быть предусмотрено для любой из форм обучения с дополнительным объемом внеаудиторной работы в 45 часов.
Наименование тем
Лек-ции
(часы)
Практичес-кие
занятия (часы)
Лаборатор-ные занятия (часы)
Всего
1
2
3
4
5
Введение
2
2
Раздел 1. ИС в РТУ и системотехническое проектирование РЭА на их основе
Тема 1.1. Операционные усилители (ОУ) в РТУ
8
2
4
14
Тема 1.2. Перемножители сигналов (ПС) в РТУ
2
2
4
8
Тема 1.3. ИС для взаимного преобразо-вания аналоговой и цифровой информации
4
4
Тема 1.4. Основы систе-мотехнического проек-тирования РЭА на ИС
4
4
Раздел 2. Основы схемотехники и схемотехническое проектирование аналоговых ИС
Окончание таблицы
2
3
4
5
6
Тема 2.1.Основы схе-мотехники аналоговых ИС
8
2
4
14
Тема 2.2. Схемотех-ническое проекти-рование интегральных широкополосных усилителей и ПС 4
4
4
Тема 2.3. Схемотех-ническое проектирование ОУ
4
2
6
Тема 2.4. Системо - и схемотехническое проектирование и расчет электронно-управ-ляемых образцовых проводимостей (ЭОП)
2
2
1
5
Тема 2.5. Схемотех-ническое проекти-рование микроэлектронных формирователей и преобразователей испытательных сигналов
4
4
Раздел 3. Проблема индуктивности в микроэлектронике (МЭ) и пути ее решения
Тема 3.1. Активные фильтры как средства решения проблемы индуктивности в МЭ
2
2
2
6
Тема 3.2. Схемотехническое проектирование и расчет конверторов сопротивлений
4
2
1
7
Тема 3.3. Схемотехни-ческое проектирование и расчет гираторов
2
3
1
6
Заключение
1
1
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Основные проблемы, современное состояние и перспективы развития микроэлектроники. Цель и задачи курса. Основные определения (терминология) в микроэлектронике. Интегральные микросхемы, элементы, компоненты. Элементы конструкции. Простые и сложные ИС. Степень интеграции ИС. Классификация ИС. Система условных обозначений. Методы изготовления (виды технологий) ИС.
Раздел 1. ИС В РТУ И СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЭА НА ИХ ОСНОВЕ
Тема 1.1. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ В РТУ
Операционный усилитель как активный элемент схемотехники. Модели ОУ. Представление амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик двух - и трехкаскадной моделей ОУ. Обеспечение устойчивости ОУ с цепью отрицательной обратной связи (ООС). Идеализированные свойства и реальные параметры ОУ. Эквивалентная схема ОУ по постоянному току.
Основные операционные схемы (ОС): инвертирующая, неинвертирующая и дифференциальная. Оценка точности ОС и реализация на их основе преобразователя тока в напряжение (ПТН), трансформатора сопротивлений, сумматора сигналов, изолированных от общей шины преобразователя напряжения (ПН) (вольтметра) и ПТН (амперметра). Особенности проектирования и расчета ПН и ПТН.
Генераторы стабильного тока (ГСТ) на основе ОУ. ГСТ с изолированной нагрузкой. Оценка параметров и точности формирования тока с реальным ОУ. ГСТ с заземленной нагрузкой. Реализация генераторов втекающего и вытекающего стабильных токов. Определение и расчет параметров с повышенным значением стабильных токов. Времяамплитудный преобразователь (ВАП) на основе ГСТ и оценка его точности. Особенности проектирования и расчета ГСТ и ВАП.
Стабилизаторы напряжения (СН) на основе ОУ. СН как элемент схемотехники. Однополярные СН с опорными стабилитронами. СН с повышенной нагрузочной способностью и ограничениями по току. Следящий СН разнополярных напряжений.
Экстрематоры сигналов на основе ОУ (однополярные и двухполярные). Оценка точности формирования экстремума. Линейные преобразователи переменного напряжения в постоянное. Сущность линеаризации амплитудной характеристики. Критерий малости преобразуемого напряжения. ПН амплитудных значений.
Электронно-управляемые масштабные ПН на основе ОУ. ПН с линейным, экспоненциальным управлением и электронным переключением полярности коэффициента передачи. Мостовой усилитель как преобразователь приращений проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Циркулятор сигналов.
Линейные преобразователи полных проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Типы ОУ и их отличительные особенности. Меры предосторожности и полезные советы при использовании ОУ.
Тема 1.2. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ В РТУ
Основные свойства и параметры ПС. Реализация математических операций (умножения, деления, возведения в квадрат, извлечения квадратного корня) на основе ПС. Типы аналоговых ПС и их отличительные особенности. Балансные модуляторы (БМ) и реализация на их основе амплитудного модулятора, синхронного амплитудного, фазового и частотного демодуляторов. Методы реализации ПС на основе операций логарифмирования и антилогарифмирования сигналов, на основе изменения проводимости канала полевого транзистора (ПТ), на основе использовании времяамплитудного преобразования.
Тема 1.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ ВЗАИМНОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОЙ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Системы сбора и распределения данных. Интегральные компараторы сигналов. Аналоговые коммутаторы (АК).Многоканальные коммутаторы: мультиплексоры, демультиплексоры.
Устройства выборки-хранения информации (УВХ). Схемотехника и способы улучшения технических характеристик УВХ. Принципы построения, оценка точности и эффективности высокоточного УВХ. Особенности проектирования и расчета УВХ.
Тема 1.4. ОСНОВЫ СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭА НА ИС
Основные этапы и особенности системотехнического проектирования. Системотехническое проектирование совершенно нового изделия (на примере измерителя напряжения отсечки ПТ). Дифференциальный метод изменения напряжения отсечки ПТ. Оценка точности и эффективности метода, направления его усовершенствования в виде метода измерения параметров аппроксимации характеристик нелинейных элементов (НЭ). Принципы построения устройств для измерения напряжения отсечки и параметров аппроксимации характеристик НЭ с оценкой их точности и эффективности. Особенности интегрализации устройств.
Раздел 2. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ И СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ ИС
Тема 2.1. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ АНАЛОГОВЫХ ИС
Задачи, основные этапы и особенности схемотехнического проектирования. Основные принципы интегральной схемотехники. Структуры активных элементов ИС и их свойства. Транзисторные структуры (ТС). Диодно-транзисторные структуры (ДТС) как отражатели тока. Токовое зеркало Уилсона. Биполярно-униполярные структуры. Отражатели тока на ПТ.
Проблемы непосредственной связи в полупроводниковых ИС. Согласование импедансов и уровней постоянного тока. Стабилизация уровней напряжения и тока. Источники опорного напряжения (ИОН) на биполярных транзисторах (БТ) и ПТ. ИОН с умножением напряжения база-эмиттер БТ. Повышение коэффициента фильтрации питающего напряжения. ИОН с термокомпенсацией. Масштабный преобразователь опорного напряжения. Температурный коэффициент (ТК) напряжения база-эмиттер БТ. Источник с зонным опорным напряжением. ПТ как источник термостабильного тока и опорного напряжения. Прецизионные ИОН на ПТ и ОУ.
Основные типы каскадов и особенности их реализации в полупроводниковых ИС: однотактные, двухтактные, дифференциальные. Интегральные дифференциальные усилители (ДУ) на БТ и ПТ как активные элементы схемотехники. Свойства, параметры и характерные режимы работы ДУ. Нормирование характеристик коллекторных и стоковых токов. Определение ширины активной области. Режим и порог ограничения. Нормирование характеристик крутизны ДУ на БТ и ПТ и их аппроксимация. Параметры статических ошибок ДУ на ПТ. Оценка и сопоставление нелинейных искажений в ДУ на БТ и ПТ, а также их сравнение с искажениями в каскадах с общим эмиттером (ОЭ) и общим истоком (ОИ). Определение выигрыша в амплитудах входных сигналов при заданных коэффициентах гармонических искажений ДУ на БТ и ПТ по сравнению с каскадами соответственно ОЭ и ОИ. Разновидности схемотехники ДУ на БТ и ПТ. ДУ на МОП-транзисторах с активной нагрузкой.
Тема 2.2. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ И ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ
Проектирование ИС для широкополосного усиления напряжения и тока. Особенности проектирования интегральных широкополосных усилителей напряжения (ШУН). Однокаскадные и двухкаскадные ШУН с ООС. Широкополосные усилители типа «двойка» и «тройка». ДУ как базовый элемент для широкополосного преобразования сигналов. Усилители тока. Токовый элемент. ШУН на основе токового элемента. Электронно-управляемые масштабные преобразователи сигналов. Особенности расчета масштабных преобразователей.
Проектирование ИС для аналогового перемножения сигналов. ДУ как базовый элемент для перемножения сигналов. Исключение влияния синфазной составляющей сигнала. Линеаризация характеристик ПС в виде полупроводниковых ИС.
Тема 2.3. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОУ
Проектирование базовой модели ОУ. Особенности схемотехники базовой двухкаскадной модели ОУ. Формирование коэффициента передачи. Тепловая ООС в ОУ и способы снижения ее влияния.
Схемотехническое проектирование реальной модели ОУ. Схемотехника модели. Формирование малосигнальных параметров. Определение параметров статических ошибок ОУ. Формирование неискаженной амплитуды и нагрузочной способности. Обеспечение режима работы ОУ по постоянному току и защиты от случайных коротких замыканий (КЗ). Формирование АЧХ и ФЧХ ОУ и их коррекция.
Расчет реальной модели ОУ. Исходные данные и последовательность расчета. Расчет эмиттерного повторителя, ДУ, формирователя амплитуды, параметров АЧХ, ФЧХ и элементов их коррекции.
Тема 2.4. СИСТЕМО - И СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМЫХ ОБРАЗЦОВЫХ ПРОВОДИМОСТЕЙ
ПТ как элемент с управляемой проводимостью. Характеристики ПТ и их аппроксимация. Оценка температурной стабильности параметров ПТ. Линеаризация выходных характеристик ПТ. Методы термостабилизации и линеаризации характеристик управления ПТ и других НЭ. Практическая реализация ЭОП и сравнительная оценка их эффективности. Исходные данные и последовательность расчета ЭОП.
Тема 2.5. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Формирование синусоидальных сигналов с повышенной стабильностью амплитуды и линейностью характеристик управления по частоте. Теоретические основы управляемых высокочастотных и низкочастотных автогенераторов. Схемотехническая реализация микроэлектронных автогенераторов на высоких и низких частотах. Широкополосный амплитудный демодулятор. Преобразователь частоты импульсов в напряжение. Формирователи импульсных сигналов из синусоидальных. Прецизионный амплитудный модулятор. Линейный частотный модулятор и цифровой частотно-фазовый демодулятор в его составе.
Раздел 3. ПРОБЛЕМА ИНДУКТИВНОСТИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ
Тема 3.1. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ КАК СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
ИНДУКТИВНОСТИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
Сущность проблемы индуктивности в микроэлектронике. Реализация индуктивности с помощью активных элементов. Реализация активных фильтров (АФ). Методы синтеза АФ и их сравнительная оценка. Аппроксимация нормированной АЧХ фильтров нижних частот (ФНЧ). Преобразование АЧХ ФНЧ в АЧХ фильтров верхних частот (ФВЧ) и в АЧХ полосовых фильтров (ПФ).
Усилители с ограниченным коэффициентом передачи в АФ. Типовые структуры АФ на ОУ. Режекторно-полосовые фильтры и их свойства. Ограничительные свойства АФ.
Специализированные АФ. Синхронные фильтры с коммутируемыми конденсаторами и их свойства. Моделирование сопротивлений большого номинала в схемах с коммутируемыми конденсаторами. Синхронные фазочувствительные и фазонечувствительные фильтры. Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) как высокоэффективный синхронный фильтр. Фазовый фильтр первого порядка и электронно-управляемые фазовращатели на его основе.
Тема 3.2. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КОНВЕРТОРОВ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Проектирование конверторов отрицательного и положительного сопротивлений (КОС и КПС). КОС и КПС как активные четырехполюсники. Практическая реализация и разновидности схемотехники КОС и КПС. Моделирование широкодиапазонных конвертируемых емкостей и оценка их добротности. КПС на основе КОС. Моделирование частотно-зависимых отрицательных сопротивлений (ЧОС) и проводимостей (ЧОП), незаземленных и электронно-управляемых конвертируемых сопротивлений (ЭКС) и емкостей (ЭКЕ). Измерение эквивалентных параметров КОС и КПС. Расчет конверторов сопротивлений.
Тема 3.3. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ИНВЕРТОРОВ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Проектирование инверторов отрицательного (ИОС) и положительного (ИПС) сопротивлений. Гиратор (ИОС или ИПС) как активный четырехполюсник. Разновидности схемотехники гираторов. Моделирование гираторной индуктивности с независимой регулировкой эквивалентных параметров. Повышение добротности и оценка эффективности схемных реализаций гираторов.
Моделирование отрицательной индуктивности и обеспечение ее устойчивости в реальных условиях. Получение высокодобротных гираторных индуктивностей и оценка предела их добротности. Моделирование незаземленных и электронно-управляемых гираторных индуктивностей (ЭГИ). Измерение эквивалентных параметров ИПС и ИОС. Расчет гираторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития микросхемотехники.
Примерный перечень практических занятий
Практические занятия (ПЗ) должны обеспечить закрепление теоретического материала, прослушанного на лекциях, а также привить навыки инженерного расчета как самих ИС, так и МЭУ на их основе.
ПЗ проводятся по следующим темам.
1. ОУ в РЭА.
2. Реализация ПС на основе переменной проводимости и времяамплитудного преобразования.
3. Схемотехника и расчет параметров ТС, ДТС (микроэлектронных стабилизаторов напряжения и тока, ИОН).
4. Проектирование и расчет основных параметров реальной модели ОУ (микроэлектронных ДУ).
5. Схемотехническое проектирование и расчет параметров ЭОП (оценка термостабильности, термостабилизация и линеаризация характеристик ПТ, ПТ как источник стабильного тока и опорного напряжения).
6. Проектирование и расчет АФ.
7. КОС и КПС (схемотехника и расчет параметров).
8. Реализация гираторов (схемотехника и расчет параметров).
Примерный перечень лабораторных работ
Лабораторные занятия (ЛЗ) ставят своей целью закрепление теоретического материала, приобретение практических навыков в проведении экспериментальных исследований, освоение методики оценки количественных показателей ИС с использованием современной измерительной техники.
Перед выполнением каждой лабораторной работы предполагается двухчасовая самостоятельная работа студентов. Для определения готовности студентов к выполнению лабораторной работы проводятся 5-10- минутные собеседования преподавателя с каждой бригадой или индивидуальный опрос (ИО). Результаты выполнения лабораторной работы студентами оформляются в виде индивидуальных отчетов, защита которых проводится, как правило, на следующем занятии.
При первом посещении лаборатории студенты инструктируются по правилам безопасности жизнедеятельности человека. Лабораторный практикум включает следующие лабораторные работы.
1.1. Исследование параметров и характерных режимов работы интегрального ДУ.
1.2. Исследование характеристик основных ОС на ОУ.
1.3. Исследование устройств на основе ОУ.
2. Исследование ПС и устройств на их основе.
3.1. Исследование активных фильтрующих устройств.
3.2. Исследование преобразователя полных проводимостей (сопротивлений) в напряжение.
3.3. Исследование ПТ как элемента с управляемой проводимостью.
3.4. Исследование устройств с электронно-управляемыми параметрами (фазовращателя, ЭКЕ, ЭГИ).
3.5. Исследование отрицательной гираторной индуктивности.
Примерный перечень курсовых работ
Изучение дисциплины «Микросхемотехника» может заканчиваться курсовым проектом (КП).
КП нацелен на обеспечение непрерывного процесса получения новых знаний, их трансформации на разработку реальных МЭУ, развитие творческой активности студентов.
Темы КП могут быть связаны с разработкой различных МЭУ, пригодных для интегрального исполнения, включая различного рода преобразователи и устройства аналоговой обработки сигналов, а также функционально законченные узлы и блоки, например, ОУ, УВХ, КОС, КПС, ЭОП гираторы (ИПС, ИОС) и т. д.
1. Операционный усилитель с защитой от короткого замыкания и оптимально скорректированной АЧХ.
2. Незаземленная электронно-управляемая емкость.
3. Незаземленная электонно-управляемая гираторная индуктивность.
4. Микроэлектронный источник высокочастотных модулированных сигналов.
5. Электронно-управляемая образцовая проводимость.
Проектирование выполняется в соответствии с индивидуальным техническим заданием (ТЗ), которое формулируется преподавателем, ведущим КП, и при необходимости с участием студента. В ТЗ оговариваются технические требования к разрабатываемому МЭУ, сроки выполнения отдельных разделов и объем отчетной документации. Преподаватель обязан помочь студенту проникнуть в сущность решаемой проблемы, сориентировать его на нестандартные способы решения задачи, способствовать всеми имеющимися средствами успешному выполнению ТЗ и защите проекта.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
