Generuj PDF tej strony

Nazwa modułu:
Rok akademicki:
Wydział:
Kierunek:
Układy elektroniki analogowej 2
2016/2017
Kod: EME-1-401-s
Punkty ECTS:
6
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Mikroelektronika w technice i medycynie
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Język wykładowy: Polski
Specjalność:
Forma i tryb studiów:
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Semestr: 4
Strona www:
Osoba odpowiedzialna:
Gryboś Paweł ([email protected])
Osoby prowadzące: Gryboś Paweł ([email protected])
KMON Piotr ([email protected])
Kłeczek Rafał ([email protected])
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)
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
Wiedza
Umiejętności
1/6
Karta modułu - Układy elektroniki analogowej 2
M_U001
oszacować wpływ szumów
poszczególnych elementów
elektronicznych
ME1A_U01, ME1A_U06, ME1A_U07,
ME1A_U10, ME1A_U13, ME1A_U16,
ME1A_U17, ME1A_U24
Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych,
Kolokwium, Egzamin
oszacować podstawowe
parametry wzmacniaczy
oszacowac stabilność
wzmacniaczy
M_U002
scharakteryzować, na podstawie
odpowiedzi czasowej lub
częstotliwościowej, margines fazy
podanego układu elektronicznego
ME1A_U01, ME1A_U06, ME1A_U07,
ME1A_U10, ME1A_U13, ME1A_U16,
ME1A_U17, ME1A_U24
Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych,
Kolokwium, Egzamin
M_U003
obliczyć wejściowe szumy
napięciowe/prądowe w
podstawowych układach
elektronicznych, stabilność
układów
ME1A_U01, ME1A_U06, ME1A_U07,
ME1A_U10, ME1A_U13, ME1A_U16,
ME1A_U17, ME1A_U24
Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych,
Kolokwium, Egzamin
M_U004
narysować podstawowe
konfiguracje przetworników A/C,
C/A, wzmacniaczy
ME1A_U01, ME1A_U06, ME1A_U07,
ME1A_U10, ME1A_U13, ME1A_U16,
ME1A_U17, ME1A_U24
Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych,
Kolokwium, Egzamin
ME1A_K01, ME1A_K02
Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001
pracować w zespole, ma
świadomość
odpowiedzialności za pracę
własną i zespołu, a także
jest gotowy podporządkować się
zasadom pracy
zespołowej.
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Konwersatori
um
Zajęcia
seminaryjne
Zajęcia
praktyczne
Zajęcia
terenowe
Zajęcia
warsztatowe
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
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
E-learning
Ćwiczenia
projektowe
M_W001
Inne
Ćwiczenia
laboratoryjne
Forma zajęć
Ćwiczenia
audytoryjne
Student, który zaliczył moduł
zajęć wie/umie/potrafi
Wykład
Kod EKM
Wiedza
Umiejętności
2/6
Karta modułu - Układy elektroniki analogowej 2
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
3/6
Karta modułu - Układy elektroniki analogowej 2
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
Powiązane z tematyką omawiana na wykładach
Sposób obliczania oceny końcowej
Ocena końcowa jest wystawiana na podstawie oceny z laboratorium.
Warunki zaliczenia laboratorium
będą podane na zajęciach organizacyjnych. Przewiduje się
przeprowadzenie kilku kolokwiów sprawdzających w ciągu semestru.
Ocena końcowa obliczana jest na podstawie punktów procentowych zgodnie z regulaminem studiów.
Wymagania wstępne i dodatkowe
Wiadomości
i
umiejętności
z
Układów
Elektroniki
Analogowej
I.
Podstawy
półprzewodników.Znajomość zasad działania podstawowych elementów elektronicznych
Teoria obwodów. Podstawy analizy matematycznej
fizyki
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.
4/6
Karta modułu - Układy elektroniki analogowej 2
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.
•P. Maj, Silicon strip detectors for X-ray diffraction measurements used in commercial applications, XIII
Krajowa Konferencja Elektroniki : Darłowo, 09–13.06.2014 : materiały konferencji, s. 528–533
•P. Maj, Obrazy wysokiej jakości dla promieniowania X z wykorzystaniem detektorów pikselowych, XIII
Krajowa Konferencja Elektroniki : Darłowo, 09–13.06.2014 : materiały konferencji, s. 523–527.
•P. Gryboś, G. Deptuch, P. Kmon, P. Maj, R. Szczygieł, M. Żołądź, Systemy do obrazowania
promieniowania X z wykorzystaniem technologii nanometrycznych – referat plenarny, XIII Krajowa
Konferencja Elektroniki : Darłowo, 09–13.06.2014
•P. Maj, Mismatch effects and their corrections in large area ASIC, DDECS : proceedings of the 2014
IEEE 17th international symposium on Design and Diagnostics of Electronic Circuits & Systems : April
23–25, 2014, Warsaw, Poland, p. 238-241
•P. Grybos, Design and testing of integrated circuit of pixel architecture for fast X-ray imaging
applications – keynote talk, DDECS : proceedings of the 2014 IEEE 17th international symposium on
Design and Diagnostics of Electronic Circuits & Systems : April 23–25, 2014, Warsaw, Poland, p. 11
•P. Gryboś, A. Drozd, G. Deptuch, K. Kasiński, R. Kłeczek, P. Kmon, P. Maj, P. Otfinowski, J. Rauza, R.
Szczygieł, T. Satława, M. Żołądź, Ultra fast X-ray detection systems in nanometer and 3D technologies –
invited talk, Proceedings of the 21st international conference MIXDES 2014: Mixed Design of Integrated
Circuits and Systems : Lublin, Poland June 19–21, 2014, p. 38-41.
•R. Kłeczek, P. Gryboś, Low voltage area efficient current-mode CMOS bandgap reference in deep
submicron technology, Proceedings of the 21st International Conference MIXDES 2014: Mixed Design of
Integrated Circuits and Systems : Lublin, Poland June 19–21, 2014, p. 247-251.
•A. Drozd, P. Maj, Problemy korekcji w hybrydowych pikselowych detektorach promieniowania X,
Modelowanie i pomiary w medycynie : materiały XIII sympozjum : Krynica Zdrój, 18–22 maja 2014
•A. Drozd, P. Maj, Problemy korekcji w hybrydowych pikselowych detektorach promieniowania X,
Przegląd Elektrotechniczny, 2014 R. 90 nr 5, s. 86–89.
•P. Maj, Fast and precise algorithms for calculating offset correction in single photon counting ASICs
built in deep sub-micron technologies. JINST Journal of Instrumentation, 2014 vol. 6 p. 1–8,
http://iopscience.iop.org/1748-0221/9/07/C07009 .
•P. Maj, P. Grybos, P. Kmon, R. Szczygieł, 23552-channel IC for single photon counting pixel detectors
with 75 um pitch, ENC of 89e- rms, 19 e- rms offset spread and 3% rms gain spread, Proceedings of the
40th European Solid-State circuit Conference, September 22-26, 2014 – Venice, Italy, p. 147-150
•R. Kłeczek, Filtracja i szybkie kształtowanie sygnału w układach elektroniki front-end w technologiach
submikronowych CMOS, Rozprawa doktorska, obroniona z wyróżnieniem na WEAIIB, AGH, czerwiec
2014
•P. Maj, T. Taguchi, T. Satława, High intensity irradiation influence on gain, noise and offset uniformity of
a pixel detector readout designed in 130nm CMOS, 10th International Conference on Radiation Effects
on Semiconductor Materials, Detectors and Devices, 8-10 October, 2014, Italy
•P. Maj, P. Grybos, R. Szczygieł, P. Kmon, R. Kłeczek, A. Drozd, P. Otfinowski, G. Deptuch., Measurements
of matching and noise performance of a prototype readout chip in 40 nm CMOS process for hybrid pixel
detectors, IEEE Transaction on Nuclear Science, vol. 62, 2015, pp. 359–36,link
•A. Drozd, R. Szczygieł, P. Maj, T. Satława, P. Gryboś, Design of the low area monotonic trim DAC in 40
nm CMOS technology for pixel readout chips, Journal of Instrumentation, IOPscience, Vol. 9, 2014, pp. 17 link
•G. W. Deptuch, G. Carini, T. Collier, P. Gryboś, P. Kmon, R. Lipton, P. Maj, D. P. Siddons, R. Szczygieł, R.
Yarema, Results of tests of three-dimensionally integrated chips bonded to sensors, IEEE Transaction on
Nuclear Science, IEEE, Vol. 62, 2015, pp. 349–358 link
•P. Maj, A. Baumbaugh, G. Deptuch, P. Grybos, R. Szczygiel, Algorithms for minimization of charge
sharing effects in a hybrid pixel detector taking into account hardware limitations in deep submicron
technology, Journal of Instrumentation, IOPscience, Vol. 7, 2012, pp. 1-7, link
•G. Deptuch, Monolityczne detektory pikselowe w zastosowaniu do obrazowania niskoenergetycznych
fotonów i miękkiego promieniowania X. (monografia habilitacyjna), Wydawnictwa AGH, Kraków,
Rozprawy, monografie – 272, 2013, pp. 1-201, Kraków, Polska
•Maj, P. ; Grybos, P. ; Szczygiel, R. ; Kmon, P. ; Drozd, A. ; Deptuch, G., A pixel readout chip in 40 nm
CMOS process for high count rate imaging systems with minimization of charge sharing effects, 2014
IEEE NSS/MIC: Nuclear Science Symposium & Medical Imaging Conference, Seul, Korea, IEEE, October
27 – November 2, 2013, pp. 1-4, link
•P. Maj, P. Gryboś, R. Szczygieł, T. Sakumura, Y. Tsuji, Y. Nakaye, A fast 300k X-ray camera with an
energy window selection and continuous readout mode, 2013 IEEE NSS/MIC: Nuclear Science
Symposium & Medical Imaging Conference, Seoul, Korea, IEEE, October 27 – November 2, 2013, pp. 1-4
link
•P. Maj, FPGA based extension to the multichannel pixel readout ASIC, 2013 IEEE NSS/MIC: Nuclear
5/6
Karta modułu - Układy elektroniki analogowej 2
Science Symposium & Medical Imaging Conference, Seul, Korea, IEEE, October 27 – November 2, 2013,
pp. 1-4 link
•Deptuch, G.W., Carini, G., Collier, T. , Grybos, P. , Kmon, P. , Lipton, R. , Maj, P. , Trimpl, M. , Siddons, D.P.
, Szczygiel, R. , Yarema, R. Results of tests of three-dimensionally integrated chips bonded to sensors,
2013 IEEE NSS/MIC: Nuclear Science Symposium & Medical Imaging Conference, Seul, Korea, IEEE,
October 27 – November 2, 2013, pp. 1-5 link
•Otfinowski, P. ; Grybos, P. ; Szczygiel, R. ; Maj, P., ADCs in deep submicron technologies for ASICs of
pixel architecture, 17th International Symposium on Design and Diagnostics of Electronic Circuits &
Systems, Warsaw, Poland, IEEE, April 23–25, 2014, pp. 278 – 281 link
•Grybos P, Drozd, A. ; Deptuch, G. ; Kasinski, K. ; Kleczek, R. ; Kmon, P. ; Maj, P. ; Otfmowski, P. ; Rauza,
J. ; Szczygiel, R. ; Satlawa, T. ; Zoladz, M., The 21st International Conference Mixed Design of Integrated
Circuits & Systems (MIXDES), 2014, Lublin, Poland, IEEE, 19-21 June, 2014, pp. 38-41link
•Satlawa, T, Drozd, A., Kmon, P., Design of the ultrafast LVDS I/O interface in 40 nm CMOS process, The
21st International Conference Mixed Design of Integrated Circuits & Systems (MIXDES), 2014, Lublin,
Poland, IEEE, 19-21 June, 2014, pp. 200-204 link
•P. Maj, Testability features of a single photon counting hybrid pixel detector readout circuit with charge
sharing elimination Algorithm, 2014 IEEE NSS/MIC: Nuclear Science Symposium & Medical Imaging
Conference, Seattle, USA, IEEE, 8-15 November, 2014
•Maj, P. ; Drozd, A. ; Szczygiel, R. ; Grybos, P., FPGA Simulations of Charge Sharing Effect Compensation
Algorithms for Implementation in Deep Sub-Micron Technologies, UKSim 15th International Conference
on Computer Modelling and Simulation (UKSim), 2013, IEEE, 10-12 April, 2013, pp. 780-786 link
•P. Maj, P. Gryboś, P. Kmon, R. Szczygieł, ASICs in nanometer and 3D technologies for readout of hybrid
pixel detectors, Electron Technology Conference 2013, SPIE, The International Society for Optical
Engineering, 16–20 April, 2013, pp.890204-1–890204-6 link
Informacje dodatkowe
Brak
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta
Obciążenie
studenta
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
Sumaryczne obciążenie pracą studenta
150 godz
Punkty ECTS za moduł
6 ECTS
6/6