Системы схемотехнического моделирования

Магистратура 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Компьютерные системы и сети)

Направление: 09.04.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Тумковский Сергей Ростиславович

Прогр. обучения: Компьютерные системы и сети

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 70

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Компьютерное моделирование электронных схем – один из основных этапов проектирования цифровых и аналоговых интегральных схем,электронных схем разной степени сложности, реализованных на дискретных элементах, блоков радиоаппаратуры и электронных изделий в целом. Системы схемотехнического моделирования, развитие которых началось в середине прошлого века, в настоящее время являются частью высоко интегрированных систем автоматизированного проектирования и, как правило решают задачи анализа. Наибольшее распространение для проведения компьютерного схемотехнического моделирования получила система SPICE, разработанная в Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, положенная в основу большинства современных коммерческих систем схемотехнического моделирования. К таким системам, в первую очередь, относятся: HSPICE (фирма MetaSoftware), ORCAD (Cadence Design Systems, Inc. ), IS_SPICE (Intusoft), MicroCap (Spectrum Software), Altium Designer (Altium), Dr. Spice и ViewSpice (Deutsch Research). Целями освоения дисциплины «Системы схемотехнического моделирования» являются освоение студентами систем, использующих методы математического моделирования электронных схем путем формирование у них представлений о методах построения и исследования моделей; ознакомления с принципами моделирования электронных средств, как сложной системы, изучения инструментальных средств схемотехнического моделирования.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Системы схемотехнического моделирования» являются освоение студентами систем, использующих методы математического моделирования в области исследования современных электронных средств и процессов путем формирование у них представлений и фундаментальных понятий о моделировании, методах построения и исследования моделей; ознакомление с принципами моделирования электронных средств, как сложной системы, реализующих новые информационные технологии, изучение инструментальных (программных и технических) средств моделирования процессов функционирования.

Планируемые результаты обучения

Знать фундаментальные понятия о моделировании
Знать основные принципы моделирования электрических процессов, протекающих в электронных схемах;
Уметь применять методы моделирования электронных средств.
Уметь выбирать типы моделей и их структуру в зависимости от поставленных задач составить план решения оптимизационной задачи.
Уметь рассчитывать параметры и основные характеристики моделей любого из рассмотренных классов
Иметь навыки построение конкретных моделей осуществление моделирования физических процессов
Уметь владеть навыками принятия решений по результатам математического моделирования
Иметь навыки качественного исследования задач моделирования с использованием современных систем схемотехнического моделирования
Приобрести опыт принятия решений по результатам схемотехнического моделирования. Уметь планировать эксперимент.
Знать свойства моделируемого объекта и внешних воздействий.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Автоматизация проектных работ
Основные понятия автоматизации проектных работ. Общие принципы и методы проектирования. Классификация проектных задач. Моделирование в процессе автоматизированного проектирования. Схема алгоритма методики проектирования. Задачи схемотехнического моделирования.
Тема 2. Базовые модели элементов
Классификация моделей элементов РЭС. Модели пассивных элементов. Модели зависимых источников. Модель полупроводникового диода. Модели транзисторов. Макромодель операционного усилителя.
Тема 3. Макромоделирование элементов и узлов
Классификация методов макромоделирования. Метод построения описания вход-выход. Метод редукции топологических, структурных и аналитических моделей. Методы упрощения на основе функций чувствительности и идеализации.
Тема 4. Верификация моделей элементов
Верификация моделей полупроводникового диода, биполярного транзистора, МОП транзистора, операционного усилителя
Тема 5. Введение в теорию оптимизации
Основные понятия. Критерии оптимальности. Классификация методов оптимизации. Обобщенный алгоритм оптимизации. Экспериментальная проверка алгоритмов оптимизации.
Тема 6. Идентификация параметров моделей элементов
Методика идентификации параметров моделей элементов РЭС. Определение параметров полупроводникового диода, биполярного и полевого транзисторов, макромодели операционного усилителя. Определение параметров моделей на примере TTL – вентиля.
Тема 7. Математическая модель схемы в статическом режиме
Математическая модель схемы в частотной, временной областях и в статическом режиме. Метод Ньютона-Рафсона для решения систем нелинейных алгебраических уравнений и способы повышения сходимости.
Тема 8. Математическая модель схемы во временной области
Циклический алгоритм для решения систем интегро-дифференциальных уравнений. Методы переменного порядка для решения систем интегро-дифференциальных уравнений.
Тема 9. Математическая модель схемы в частотной области
Метод LU- разложения для решения систем линейных алгебраических уравнений. Решение систем линейных алгебраических уравнений с разреженными матрицами.
Тема 10. Решение инженерных задач
Примеры решения инженерных задач схемотехнического моделирования с применением систем LTSpice..

Элементы контроля

решение задач
Экзамен 1
Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса) на платформе meet.miem.hse.ru. К экзамену необходимо подключиться за 5 минут до его начала по расписанию. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка meet.miem.hse.ru. Во время экзамена студентам запрещено нарушать правила академической этики. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем связи в пределах не более 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем с качеством связи и стабильностью соединения в пределах свыше 10 минут. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.
решение задач
Экзамен 2
Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса) на платформе meet.miem.hse.ru. К экзамену необходимо подключиться за 5 минут до его начала по расписанию. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка meet.miem.hse.ru. Во время экзамена студентам запрещено нарушать правила академической этики. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем связи в пределах не более 10 минут. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается наличие проблем с качеством связи и стабильностью соединения в пределах свыше 10 минут. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи аналогична процедуре сдачи.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.7 * решение задач + 0.3 * Экзамен 1

Программа дисциплины