Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Układy elektroniki analogowej 2
Tok studiów:
2017/2018
Kod:
EME-1-401-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mikroelektronika w technice i medycynie
Semestr:
4
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
Gryboś Paweł (pgrybos@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
Gryboś Paweł (pgrybos@agh.edu.pl)
KMON Piotr (kmon@agh.edu.pl)
Kłeczek Rafał (rafeczek@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Niniejszy blok tematyczny to druga część analogowych układów elektronicznych, która obejmuje zaawansowane zagadnienia związane z poznanymi wcześniej architekturami układowymi oraz przedstawienie kolejnej porcji zaawansowanych rozwiązań układowych.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 opisać szumy w elektronicznych układach analogowych, opisać sposób ich pomiaru, opisać wpływ niedopasowań elementów elektronicznych na podstawowe parametry układów elektronicznych ME1A_W01, ME1A_W13 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin
M_W002 narysować schemat ideowy różnych konfiguracji wzmacniaczy, końcówek mocy ME1A_W13 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin
Umiejętności
M_U001 oszacować wpływ szumów poszczególnych elementów elektronicznych oszacować podstawowe parametry wzmacniaczy oszacowac stabilność wzmacniaczy ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U07, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin
M_U002 scharakteryzować, na podstawie odpowiedzi czasowej lub częstotliwościowej, margines fazy podanego układu elektronicznego ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U07, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin
M_U003 obliczyć wejściowe szumy napięciowe/prądowe w podstawowych układach elektronicznych, stabilność układów ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U07, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin
M_U004 narysować podstawowe konfiguracje przetworników A/C, C/A, wzmacniaczy ME1A_U13, ME1A_U10, ME1A_U06, ME1A_U16, ME1A_U07, ME1A_U24, ME1A_U17, ME1A_U01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium,
Egzamin
Kompetencje społeczne
M_K001 pracować w zespole, ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, a także jest gotowy podporządkować się zasadom pracy zespołowej. ME1A_K01, ME1A_K02 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 opisać szumy w elektronicznych układach analogowych, opisać sposób ich pomiaru, opisać wpływ niedopasowań elementów elektronicznych na podstawowe parametry układów elektronicznych + - + - - - - - - - -
M_W002 narysować schemat ideowy różnych konfiguracji wzmacniaczy, końcówek mocy + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 oszacować wpływ szumów poszczególnych elementów elektronicznych oszacować podstawowe parametry wzmacniaczy oszacowac stabilność wzmacniaczy - - + - - - - - - - -
M_U002 scharakteryzować, na podstawie odpowiedzi czasowej lub częstotliwościowej, margines fazy podanego układu elektronicznego - - + - - - - - - - -
M_U003 obliczyć wejściowe szumy napięciowe/prądowe w podstawowych układach elektronicznych, stabilność układów - - + - - - - - - - -
M_U004 narysować podstawowe konfiguracje przetworników A/C, C/A, wzmacniaczy - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 pracować w zespole, ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, a także jest gotowy podporządkować się zasadom pracy zespołowej. - - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Szumy, Sprzężenie Zwrotne, Stabilność, Wzmacniacze, Końcówki Mocy, Przetworniki: DAC, ADC

Szumy: Opis szumów w dziedzinie czasu, częstotliwości. Rodzaje szumów (termiczny, śrutowy, 1/f), źródła ich pochodzenia, gęstość widmowa Szumy rezystora, diody, tranzystora, wzmacniaczy. Obliczenia szumowe dla stopni wspólnego źródła, wtórnika, różnych kaskod. Szumy źródła prądowego, pary różnicowej, wzmacniacz operacyjnego. Minimalizacja szumów.
Sprzężenie zwrotne: Modelowanie, klasyfikacja, przykłady. Zalety i wady sprzężenia zwrotnego. Topologie sprzężenia zwrotnego, wpływ na rezystancję wejściową wyjściową. Praktyczne rozpoznawania topologii sprzężenia zwrotnego. Klasyfikacje wzmacniaczy.
Stabilność układów elektronicznych: Stabilność wzmacniaczy, kryteria Bodego, Nyquista. Stabilność wzmacniaczy operacyjnych. Stabilność systemu z 1 biegunem, systemu z 2 biegunami. Stabilność wzmacniacza 2-stopniowego. Rozsuwanie biegunów (pole spliting). Metody kompensacji dodatniego zera z praktycznymi przykładami. Stabilność 3-stopniowego wzmacniacza
Ważne konfiguracje wzmacniaczy: Schematy, rozkłady biegunów, GBW: prosta CMOS OTA, teleskopowa CMOS OTA, Miller CMOS OTA, symetryczna CMOS OTA, symetryczna CMOS OTA z kaskodami, symetryczna Miller CMOS OTA . Podnoszenie wzmocnienia w symetrycznej CMOS OTA – metoda current starving. Gain boosting – podstawowa idea, równoważny model tranzystora, przeliczenia wzmocnienia, rezystancji wejściowej, wyjściowej, wpływ na odpowiedź częstotliwościową, praktyczne rozwiązania układowe. Common mode feedback: podstawowa koncepcja, topologie, rozwiązania układowe.
Końcówki mocy: Wymagania dla końcówek mocy. Wtórki emiterowy, źródłowy – przypomnienie podstawowych własności. Stopień push-pull: charakterystyka, zniekształcenia skrośne, likwidacja zniekształceń, rezystancje wejściowa i wyjściowa, moc rozpraszana w układzie. Stopień push-pull z układem WE na wejściu; analiza mało- i wielkosygnałowe. Poprawa liniowości (stopień dla HiFi). Zabezpieczania przed przeciążeniem, stabilizacja termiczna. Klasy wzmacniaczy mocy. Sprawność. Układ push-pull w technologii CMOS. Stopień mocy w technologii CMOS ze wzmacniaczem błędu, rezystancja wyjściowa.
Przetworniki DAC/ADC: Podstawowe parametry. Podstawie architektury przetworników DAC. Podstawowe architektury przetworników ADC. Efekty niedopasowania. Tendencje rozwojowe.

Ćwiczenia laboratoryjne:
Ćwiczenia laboratoryjne są powiązane z tematyką omawianą na wykładach, a do ich realizacji studenci stosują środowisko projektowe Cadence.
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 150 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 6 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 28 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 28 godz
Udział w wykładach 28 godz
Przygotowanie do zajęć 60 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych będą podane na pierwszych zajęciach. Przewidywane jest przeprowadzenie kilku kolokwiów sprawdzających w ciągu semestru.

Ocena końcowa jest wystawiana na podstawie ocen z egzaminu i ćwiczeń laboratoryjnych.
Ocena końcowa jest wyznaczana na podstawie punktów procentowych zgodnie z regulaminem studiów.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Wiadomości i umiejętności z Układów Elektroniki Analogowej I. Podstawy fizyki półprzewodników. Znajomość zasad działania podstawowych elementów elektronicznych. Teoria obwodów. Podstawy analizy matematycznej.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. "Design of Analog CMOS integrated Circuits", B. Razavi.
2. “Analog Design Essentials”, Willy M.C. Sansen.
3. “Analysis and Design of Analog Integrated Circuits”, Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer.
4. “CMOS Analog Circuit Design”, Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg.
5. “Układy Elektroniczne cz. I i cz. II”, J. Baranowski, Z. Nosal.
6. “Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe”, A. Filipkowski.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
  1. P. Grybos, A. Drozd, R. Kleczek, P. Maj, and R. Szczygiel, “Digitally assisted low noise and fast signal processing charge sensitive amplifier for single photon counting systems,” in 2015 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 2015, pp. 1445–1450.
  2. R. Kleczek, P. Grybos, and R. Szczygiel, “Charge sensitive amplifier for nanoseconds pulse processing time in CMOS 40 nm technology,” in 2015 22nd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits & Systems (MIXDES), 2015, pp. 292–296.
  3. R. Kłeczek, P. Gryboś, “FSDR16 – Fast and Low Noise Multichannel ASIC with 5th Order Complex Shaping Amplifier”, IEEE Transactions on Nuclear Science, 2013, no. 60, 2188 – 2195.
  4. R. Kłeczek, P. Gryboś. R. Szczygieł, “Low power analog readout front-end electronics for time and energy measurements”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, European Science Foundation, Elsevier, 2014, no. 748, 54 – 60.
  5. R. Kłeczek, P. Gryboś, “Tests of a readout front-end electronics for a pixel detector based on inverter amplifier”, IEEE MIXDES 2013, Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, 2013, 273 – 278.
  6. R. Kłeczek, R. Szczygieł, P. Gryboś, P. Otfinowski, K. Kasiński, „Time and Energy Measuring Front-End Electronics for Long Silicon Strip Detectors Readout”, IEEE NSS-MIC 2013, Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, 2013.
  7. Energy Efficient Low-Noise Multichannel Neural Amplifier in Submicron CMOS Process, P. Kmon, P. Gryboś, IEEE Transactions on Circuits and Systems—I: Regular Papers, Vol. 60, No. 7, July 2013
  8. Digitally assisted neural recording and spike detection multichannel integrated circuit designed in 180 nm CMOS technology, P. Kmon, Microelectronics Journal, Elsevier, Volume 45, Issue 9, September 2014, Pages 1187–1193
  9. Efficient neural amplifiers using MOS and MIM capacitors in 180 nm CMOS process, P. Kmon, P. Gryboś, R. Szczygieł, M. Żołądź, Elektronika, Konstrukcje, Technologie, Zastosowania, pp. 20 – 24, no 12/2012
  10. Analiza szumowa kanału odczytowego przeznaczonego do wielokanałowych układów scalonych dedykowanych do eksperymentów neurobiologicznych, P. Kmon, P. Otfinowski, Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 2013 nr 1 s. 21–23
  11. Multichannel integrated circuit for complex neurobiology experiments, P. Kmon, Pomiary, Automatyka, Kontrola, 2012, vol. 58, No. 4, 355-357
  12. Effective Noise Minimization in Multichannel Recording Circuits Processed in Modern Technologies for Neurobiology Experiments, P. Kmon, P. Gryboś, M. Żołądź, R. Szczygieł, BioCAS November 2014, Laussane, Switzerland
  13. CMRR improvement for multichannel integrated recording circuits processed in submicron technologies dedicated to neurobiology experiments, P. Kmon, MIXDES 2014, 21st International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, June, 2013, Lublin, Poland
  14. Design of a reconfigurable stimulator for multichannel integrated systems dedicated to neurobiology experiments, P. Kmon, MIXDES 2014, 21st International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, June, 2013, Lublin, Poland
  15. Neural Recording and Spike Detection Multichannel Integrated Circuit for Broad Range of Biomedical Signals Recording, P. Kmon, P. Grybos, R. Szczygieł, M. Zoladz, EMBS November 2013, San Diego, USA
  16. A complete 256-channel reconfigurable system for in vitro neurobiological experiments, M. Zoladz, P. Kmon, J. Rauza, P. Grybos, T. Kowalczyk, B. Caban, BioCAS November 2013, Rotterdam, Netherlands
  17. NRSD8 – Neural Recording and Spike Detection Multichannel Integrated Circuit Designed in 180nm CMOS Technology, P. Kmon, MIXDES 2013, 20th International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, June, 2013, Gdynia, Poland
  18. Area Efficient Low Power Neural Amplifiers Using MOS and MIM Capacitors in Submicron Technologies for Ultra Low Corner Frequencies, P. Kmon, P. Grybos, R. Szczygiel, M. Zoladz, MIXDES 2012, 19th International Conference “Mixed Design of Integrated Circuits and Systems”, May 24-26, 2012, Warsaw, Poland
  19. Front-end amplifier optimization for integrated circuits fabricated in the submicron processes dedicated to the neurobiology experiments, P. Kmon, P. Otfinowski, EMBC 2012 San Diego : 34th annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society : 28 August – 1 September, 2012, San Diego, California
  20. High uniformity of the main parameters of the integrated electronics dedicated to record broad range of the biopotentials, P. Kmon, M. Żołądź, P. Gryboś, R. Szczygieł, International Meeting on Substrate-Integrated Microelectrode Arrays, Reutlingen, Germany, June 2012
  21. Wielokanałowy układ scalony do złożonych eksperymentów neurobiologicznych, P. Kmon, Modelowanie i Symulacja Systemów Pomiarowych, Krynica Zdrój, maj 2012
  22. Family of Mulitchannel ASICs for Measurements Electrical Activity of Neural Networks, P. Grybos, M. Zoladz, P. Kmon, R. Szczygiel, CDNLive! EMEA 2012, Munich May 2012
  23. Noise analysis of the recording channel dedicated to the multichannel integrated circuits for neurobiology experiments, P. Kmon, P. Otfinowski, 2012, Warsztaty Doktoranckie oraz letnia szkoła metod numerycznych, Lublin, 2012
Informacje dodatkowe:

Brak.