Системный анализ процессов в микроэлектронных устройствах. Рабочая программа дисциплины

РПД МЭ ОПД.Р.01 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ факультет естественнонаучный кафедра микроэлектроники

Рабочая программа дисциплины СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ по программе подготовки

специалиста инженера

по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки 210000 – Электронная техника, радиотехника и связь специальности 210104 – Микроэлектроника и твердотельная электроника

Экземпляр №

2005

РПД МЭ ОПД.Р.01

1 РАЗРАБОТАНА на основе государственного образовательного стандарта, семестровых планов и примерной программы НМС УМО Автор – доцент кафедры микроэлектроники «____» _______________ 2005 г.

А.М. Метальников

2 РЕЦЕНЗЕНТ д.т.н., профессор кафедры микроэлектроники «____» ________________2005 г

Р.М. Печерская

3 ВНЕСЕНА (ПОДГОТОВЛЕНА к утверждению) Методической группой кафедры Руководитель к.ф-м.н., доцент «____» ________________ 2005 г

И.А. Аверин

4 УТВЕРЖДЕНА на заседании кафедры микроэлектроники. (дата, № протокола) Зав. кафедрой. , д.т.н.., профессор

Р.М. Печерская

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры - разработчика программы.

2

РПД МЭ ОПД.Р.01

Система методического обеспечения учебного процесса Рабочая программа дисциплины

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ укрупненная группа специальностей и направлений подготовки – 210000 «Электроника техника, радиотехника и связь» специальность – 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» Дата введения 2005-___-____ 1 Область применения Настоящая рабочая программа (далее программа) устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности по дисциплине «Системный анализ процессов в микроэлектронных устройствах» специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» Предназначена для преподавателей и студентов, участвующих в процессе изучения дисциплины. 2 Нормативные ссылки Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Учебный план ПензГУ по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки 210000 «Электроника техника, радиотехника и связь» и специальности 210104 «Микроэлектроника и твердотельная электроника», утвержденный ____ _______ 200 г. (Блок ___, позиция ___). Семестровый учебный план на 2005 –2006 учебный год. 3 Нормативная трудоемкость дисциплины Трудоемкость дисциплины в часах, исходя из 17-недельного семестра (дробью: всего в семестре /в среднем в неделю): 6 сем. Общая

102/6

Обязательная аудиторная

68/4

лекции

34/2

лабораторные занятия

17/1

практические занятия

17/1

семинары

Не прдусм.

курсовое проектирование Самостоятельная работа студентов

34/2

3

РПД МЭ ОПД.Р.01 аудиторная внеаудиторная

34/2

в т.ч. курсовая работа

Контроль текущий на занятиях защита курсовой работы с оценкой зачет. сдача экзамена

6 сем. 6 сем.

4 Цель и задачи дисциплины 4.1 Целью дисциплины является обучение студентов методам анализа сложных микроэлектронных систем и процессов обработки в них информации на основе общей теории линейных и нелинейных систем и теории преобразования сигналов. 4.2 В результате изучения дисциплины студент должен: • Знать основы теории систем и обработки сигналов. • Изучить основные методы анализа линейных и нелинейных как непрерывных, так и дискретных систем в частотной и временной областях • Уметь применить полученные знания при анализе микроэлектронных систем и устройств. 5 Место дисциплины в учебном процессе Дисциплина относится к циклу общепрофессиональных дисциплин, обеспечивающих системотехническую подготовку. Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах: Математика. Физика. Теоретические основы электротехники. Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении курсов: Микросхемотехники. Проектирование полупроводниковых приборов и ИМС. Автоматизация проектирования.

4

РПД МЭ ОПД.Р.01 6 Сводные данные об основных разделах дисциплины и распределении часов по видам занятий Наименование раздела

Количество часов занятий Аудиторных Лекционных

Практических

Лабораторных

Введение

2

Линейные инвариантные во времени системы. Линейные модели микроэлектронных устройств

2

Динамические уравнения непрерывных линейных инвариантных систем

4

4

4

Анализ линейных систем в частотной области

6

4

4

Интеграл наложения и анализ линейных систем во временной области

4

2

4

Связанные системы

4

2

4

Дискретные системы

6

4

Нелинейные системы

6

Самостоятельных

Уровни изучения

7 Лекции 7.1 Разделы и их содержание 7.1.1.Введение ( 2 часа ) Предмет дисциплины и ее задачи. Связь дисциплины с другими дисциплинами. Основные понятия: электрические цепи и элементы электрических цепей, электронные схемы и их элементы, технические системы, определение системы, классификация систем. Примеры микроэлектронных систем. 7.1.2. Линейные инвариантные во времени системы. Линейные модели микроэлектронных устройств ( 2 часа ) Принцип суперпозиции (линейности). Принцип инвариантности во времени. Примеры линейных и нелинейных систем. Линейные модели диодов, транзисторов, операционных усилителей и других элементов и устройств электронной техники.

5

РПД МЭ ОПД.Р.01 7.1.3. Динамические уравнения непрерывных линейных инвариантных систем (4 часа) Динамические уравнения. Методы составления динамических уравнений электрических цепей: метод узловых напряжений, метод уравнений состояния. Структурные схемы линейных систем, элементы структурных схем. Решение динамических уравнений при нулевых входных воздействиях и при экспоненциальных входных воздействиях. 7.1.4. Анализ линейных систем в частотной области ( 6 часов ) Одностороннее преобразование Лапласа. Обратное преобразование Лапласа. Применение преобразования Лапласа для анализа цепей. Теорема дифференцирования. Системные функции. Полюсы и нули, диаграмма полюсов и нулей. Частотные методы исследования линейных инвариантных систем. Частотные характеристики сигналов и систем. Интеграл Фурье. Преобразование Фурье. Теорема отсчетов. Дискретный во времени ряд Фурье и дискретное преобразование Фурье. 7.1.5. Интеграл наложения и анализ линейных систем во временной области ( 4 часа ) Анализ линейных систем во временной области с помощью интеграла наложения. Импульсная характеристика системы. Связь импульсной и частотной характеристики системы. 7.1.6. Связанные системы ( 4 часа ) Связанные системы и обратная связь. Системы с обратной связью. Динамика систем с обратной связью. Устойчивость систем с обратной связью, критерии устойчивости. 7.1.7. Дискретные системы (6 часов) Сигналы дискретного времени. Конечно-разностные уравнения. Структурные схемы дискретных систем. Примеры Дискретных систем. Анализ дискретных систем во временной области. Реакция на единичный отсчет ми свертка в дискретном времени. Анализ дискретных систем в частотной области. Одностороннее Z-преобразование. 7.1.8. Нелинейные системы ( 4 часа ) Определение нелинейной системы. Классификация нелинейных систем. Линеаризация характеристик нелинейных объектов.

7.2 Форма проведения занятий 6

РПД МЭ ОПД.Р.01 Аудиторная, самостоятельная работа и консультации.

8 Практические занятия 8.1 Основные темы: 1. Построение и решение динамических уравнений линейных систем (4ч.) 2. Описание линейных систем в частотной области. Системные функции. (4ч.) 3. Описание линейных систем во временной области с помощью интеграла наложения (2ч.) 4. Анализ дискретных систем во временной области. (2ч.) 5. Анализ дискретных систем в частотной области. (2ч.) 6. Заключительное занятие (2ч.). 8.2 Форма проведения занятий Аудиторная, самостоятельная работа и консультации. 9 Лабораторные занятия 9.1 Основные темы: 1. Моделирование процессов в линейных электрических цепях в программе ElectronicsWorkbench (2ч.) 2. Решение динамических уравнений линейных цепей в системе математических вычислений MathCAD (4ч.) 3. Работа с моделями полупроводниковых приборов в программе ElectronicsWorkbench (4ч.) 4. Моделирование электронных схем в программе ElectronicsWorkbench (4ч.) 5. Заключительное занятие (2ч.). 9.2 Форма проведения занятий Аудиторные, самостоятельная работа и консультации.

10 Семинарские занятия ( не предусмотрены ).

11 Курсовой проект (работа) Целью курсового проектирования является закрепление знаний по теории линейных систем, электронных цепей и приборов на их основе, приобретение навыков самостоятельного решения инженерных задач в области расчета микроэлектронных устройств. 11.1 Перечень рекомендуемых тем: Анализ в частотной и временной областях работы электронных и микроэлектронных устройств: активных фильтров, линейных интегральных усилителей и функциональных преобразователей электрических сигналов. 11.2 Рекомендации по проведению На первой неделе студент получает стандартный бланк задания на курсовую работу с 7

РПД МЭ ОПД.Р.01 указанием темы и технического задания. На третьей неделе уточняет график выполнения работы. На десятой неделе представляет расчетные материалы и уточняет графическую часть проекта. На четырнадцатой неделе сдает проект на проверку преподавателю. На пятнадцатой неделе защищает проект. 12 Методические материалы Интегральные электронные цепи ( методические указания по выполнению лабораторных работ ) 2002 г. ( электронная версия ) Интегральные электронные цепи ( методические указания по курсовому проектированию ) 2002 г ( электронная версия) 13 Учебная литература (с указанием количества экземпляров в библиотеке ПГУ и на кафедре) Основная 1. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. М.: Сов.. радио,1977.–608 с. ( 105 экз. ) 2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2000. – 462с. (70 экз. ) 3. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника. Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1982.– 495 с. (45 экз. ) 4. А. Г. Алексенко Основы микросхемотехники. М.: Сов. радио, 1971.– 352 с. (19 экз.) Дополнительная 5. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1988. – 560с. 6. Сиберт У. М. Цепи, сигналы, системы: В 2-х ч.: Пер.с англ. – М.: Мир, 1988. 7. Достал И. Операционные усилители: М.: Мир, 1982. – 512с. 8. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1987. – 479 с. 9. Агаханян Т. М. Интегральные микросхемы. Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1983.– 464 с. ( 11 экз. )

8

РПД МЭ ОПД.Р.01

14 Переутверждение программы на очередной учебный год и регистрация изменений Учебный год

Учебная группа

Решение кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой)

Решение выпус кающей кафедры (№ протокола, дата, подпись зав. кафедрой)

9

Лектор

Изменение, №