Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Nie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Systemy analogowo-cyfrowe

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-ELxxx-MSP-SACY Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Systemy analogowo-cyfrowe
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Przedmioty techniczne )---EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Mikrosystemy i systemy elektroniczne-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane techniczne )--mgr.-EITI
Punkty ECTS i inne: 5.00
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

SACY

Numer wersji:

1

Skrócony opis:

Celem przedmiotu jest zdobycie przez studentów wiedzy niezbędnej do zrozumienia efektów fizycznych występujących w szybkich systemach cyfrowych. Przedmiot kładzie szczególny nacisk na wiedzę praktyczną.

Pełny opis:

Celem przedmiotu jest zdobycie przez studentów wiedzy niezbędnej do zrozumienia efektów fizycznych występujących w szybkich systemach cyfrowych.
Przedmiot kładzie szczególny nacisk na wiedzę praktyczną.


Treść wykładu
W1 (2 godz.) Omówienie zakresu i celu przedmiotu, pokazanie przykładów
problemów mogących wystąpić w szybkich układach cyfrowych z
uwzględnieniem:

Zakłóceń, kompatybilności elektromagnetycznej, ograniczeń w układach
zasilających

Skończonego czasu propagacji sygnałów

W2 (2 godz.) Przykłady realizacji szybkich systemów
cyfrowych

procesory DSP, układy FPGA, magistrale cyfrowe - zakresy stosowania,
perspektywy rozwoju

W3 (2 godz.) Wejścia i wyjścia cyfrowe

Konwersja między różnymi standardami logicznymi (TTL, LVTTL, CMOS,
LVDS, LVPECL, CML, obsługa pętli prądowej) - rodzaje standardów i
zakres ich stosowalności

Wpływ obciążeń wnoszonych przez wejścia cyfrowe na parametry sygnału,
buforowanie sygnałów (regeneracja sygnału, "deskew")

Synchronizacja sygnałów wejściowych doprowadzonych do synchronicznego
systemu cyfrowego

W4 (2 godz.) Wejścia analogowe w szybkich systemach cyfrowych:

Przetworniki A/C, sposoby ich podłączania do systemów cyfrowych (interfejsy: I2C, I2S, SPI, LVDS, równoległy), kondycjonowanie sygnału
(dopasowanie zakresu napięć, ograniczenie pasma), sposoby doprowadzenia
sygnału analogowego do przetwornika (wejścia symetryczne i
asymetryczne, dobór impedancji stopnia sterującego przetwornik, użycie
układu T/H, wpływ parametrów sygnału zegarowego)

W5 (2 godz.) Wyjście analogowe w szybkich systemach cyfrowych:

Przetworniki C/A, sposoby ich podłączania, (interfejsy, synchronizacja
sygnałów wyjściowych, kształtowanie sygnału wytwarzanego przez
przetworniki DAC zależnie od jego przeznaczenia)

W6 (2 godz.) Bariery izolacyjne na wejściu i wyjściu układów cyfrowych

Techniki realizacji bariery po stronie cyfrowej i analogowej

Ograniczenia szybkości transmisji w barierach cyfrowych

Zniekształcenia sygnału wprowadzane przez bariery analogowe

Dobór realizacji bariery w zależności od warunków pracy systemu

W7 (2 godz.) Zabezpieczenia wejść i wyjść szybkich układów
cyfrowych

W8 (2 godz.) Techniki łączenia układów cyfrowych (zarówno w obrębie
jednej płyty, jak i między płytami) ? standardy VME, PCI, magistrale
DDR i QDR

Problemy typowe dla magistral równoległych (różnice czasu propagacji
sygnałów w poszczególnych liniach, problemy z odbiciami - terminacja
szeregowa i równoległa)

W9 (2 godz.) Techniki łączenia systemów i układów cyfrowych - c.d.

Problemy typowe dla łącz szeregowych

Wybór właściwych magistral z uwzględnieniem wymagań co do szybkości
transmisji, długości połączenia, ewentualnej separacji galwanicznej

W10 (2 godz.) Dystrybucja sygnału zegarowego w systemach

Jakość sygnału zegarowego (jitter, szumy fazowe, stabilność
częstotliwości)

Synchronizacja zegara i danych (podejście "system synchronous" i
"source synchronous `)

Odtwarzanie sygnału zegarowego przy transmisji danych (PLL)

Rozgałęzianie i buforowanie sygnału zegarowego

W11 (2 godz.) Synchronizacja zegara, częstotliwości i czasu między
poszczególnymi blokami systemu cyfrowego

protokoły White Rabbit

IEEE 1588

synchronizacja w obrębie jednej płyty

W12 (2 godz.) Zasilanie szybkich systemów cyfrowych

Wymagania co do zasilania

Właściwy dobór zasilaczy (impulsowe, o działaniu ciągłym)

Zasilanie urządzeń przenośnych

Zasilanie w układach wymagających wejść z separacją gawaniczną

W13 (2 godz.) Projektowanie płyt drukowanych (PCB) dla szybkich
systemów cyfrowych

Separacja zasilań

Prowadzenie masy, uziemienia, ekranów

Eliminacja odbić i przesłuchów

Prowadzenie: linii różnicowych, linii zegarowych, magistral,
uzyskiwanie właściwej impedancji falowej linii

W14 (2 godz.) Narzędzia do projektowania i symulowania płyt PCB

Ocena kompatybilności elektromagnetycznej

Ocena jakości sygnałów na płycie (Signal Integrity)

Tworzenie dokumentacji produkcyjnej

W15 (2 godz.) Podsumowanie - omówienie przykładu realizacji
praktycznego szybkiego systemu cyfrowego z

Zakres laboratorium
Laboratorium: (5 spotkań 3-godzinnych)

Laboratorium będzie miało na celu praktyczne zapoznanie studentów z
zagadnieniami przedstawionymi na wykładzie. Przykłady
ćwiczeń/demonstracji laboratoryjnych:

  • Praca przetwornika ADC z sukcesywną aproksymacją z układem T/H i bez układu T/H dla różnych sygnałów wejściowych

  • Wpływ parametrów przebiegu zegarowego na działanie szybkiego ADC

  • Badanie przesłuchów i odbić na demonstracyjnej płytce drukowanej

  • Wpływ sposobu połączenia masy na poziom zakłóceń w układzie
    demonstracyjnym z precyzyjnym przetwornikiem ADC

  • Wpływ konfiguracji PWM na widmo sygnału wyjściowego, dobór
    właściwego filtru

  • Wpływ różnego rodzaju separacji galwanicznej na transmitowane
    sygnały cyfrowe

  • Wpływ braku synchronizacji sygnałów wejściowych na pracę systemu
    cyfrowego zrealizowanego w układzie FPGA

  • Wpływ realizacji zasilacza na jakość przetwarzania sygnału przez
    precyzyjny przetwornik ADC

  • Działanie równoległej magistrali dla różnych szybkości zegara i
    stromości zboczy (z wykorzystaniem układu demonstracyjnego z FPGA)

  • Wpływ terminacji w magistrali szeregowej na kształt sygnału i
    transmisję danych

  • Projekt: Zadania projektowe będą obejmowały samodzielne
    rozwiązanie problemu związanego z zagadnieniami prezentowanymi na
    wykładzie. Tematy projektowe zostaną dobrane tak, aby było możliwe
    sprawdzenie przedstawionego rozwiązania za pomocą symulatora, lub w
    rzeczywistym sprzęcie.


  • Zakres projektu
    Projekt: Zadania projektowe będą obejmowały samodzielne rozwiązanie
    problemu związanego z zagadnieniami prezentowanymi na wykładzie. Tematy
    projektowe zostaną dobrane tak, aby było możliwe sprawdzenie
    przedstawionego rozwiązania za pomocą symulatora, lub w rzeczywistym
    sprzęcie.



    Przykładowe zadania projektowe:

    Przy użyciu pakietu Altium (wersja 30-dniowa do pobrania za darmo ze
    strony www.Altium.com) przygotować projekt w postaci schematu i PCB z
    wykorzystaniem dostarczonych przez prowadzącego bibliotek. Przykładowe
    projekty:

    • Rozdzielacz sygnału zegarowego 2.5GHz

    • Nakładka pomiarowa z szybkim przetwornikiem ADC

    • Płytka interfejsu USB3.0

    • Moduł przetwornika ADC SAR 18bit

    • Moduł zasilacza impulsowego

    • Moduł wejść/wyjść cyfrowych LVDS z zabezpieczeniami ESD

    • Moduł wyjściowy HDMI

    Projekt zostanie następnie przesymulowany w środowisku HyperLynx firmy
    Mentor Graphics pod względem reguł projektowych. Środowisko pozwala
    symulować zjawiska fizyczne występujące przy praktycznej realizacji
    układu na płytce drukowanej.

    Przy użyciu pakietu Modelsim (darmowy, do pobrania ze strony
    www.Altera.com) przygotować opis w języku VHDL bloków IP. Przykładowe
    projekty:

    • Mikroprogramowalny automat sterujący wyświetlaczem LCD

    • Automat sterujący przetwornikiem szeregowym ADC

    • UART z FIFO

    • Kontroler karty SD

    • Automat zapewniający transmisję danych przez interfejs Ethernet
      podłączony do układu FPGA


    Projekty następnie zostaną zweryfikowane przy użyciu oprogramowania
    Quartus - symulatora uwzględniającego implementacje w fizycznym
    układzie oraz poprzez implementację na stanowisku testowym FPGA


Poprzedniki
Typ poprzednikaNr poprzednikaKod poprzednikaNazwa poprzednika
Zalecany1103D-ELEIK-ISP-UCYFUkłady cyfrowe
Zalecany1103C-ELEIK-ISP-UCYFUkłady cyfrowe
Zalecany1103B-ELEIM-ISP-USEUkłady i systemy elektroniczne
Zalecany1103A-INxxx-ISP-PTCYPodstawy techniki cyfrowej
Zalecany1103B-ELxxx-ISP-SPOMSystemy pomiarowe

Literatura:

    1. Demystifying Mixed Signal Test Methods: Demystifying Technology: Baker, Mark ; ISBN-10: 0750676167, ISBN-13: 9780750676168, 295 p, 2003; Publisher: Newnes (dostępne w e-czytelni PW, w Engineering Village)

    2. Troubleshooting Analog Circuits: Pease, Robert ; ISBN-10:
      0750694998, ISBN-13: 9780750694995, 234 p, 1991; Publisher: Elsevier
      Newnes (dostępne w e-czytelni PW, w Engineering Village)

    3. High Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic, Howard
      Johnson (Author), Martin Graham (Author) ,
      http://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design- Handbook/dp/0133957241

Metody i kryteria oceniania:

Przedmiot będzie zaliczany na podstawie liczby punktów uzyskanych:

  • Na egzaminie (60% punktów)

  • Za rozwiązanie zagadnień projektowych (20% punktów)

  • Podczas zajęć laboratoryjnych (oceniane przygotowanie do
    laboratorium, jakość przeprowadzonych obserwacji i pomiarów oraz ich
    interpretacja) (20% punktów)

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2019/2020 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-02-21
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Kasprowicz, Mariusz Suchenek, Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Grzegorz Kasprowicz, Mariusz Suchenek, Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2018/2019 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2018-10-01 - 2019-02-17
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Grzegorz Kasprowicz, Mariusz Suchenek, Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Grzegorz Kasprowicz, Mariusz Suchenek, Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2017/2018 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2017-10-01 - 2018-02-18
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2016/2017 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2017-02-20 - 2017-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2016/2017 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2016-10-01 - 2017-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2015/2016 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2015-10-01 - 2016-02-22
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 32 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2014/2015 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2015-02-23 - 2015-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 36 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2013/2014 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2014-02-24 - 2014-09-28
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2013/2014 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2013-10-01 - 2014-02-23
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2012/2013 - sem. letni" (zakończony)

Okres: 2013-02-20 - 2013-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2012/2013 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2012-10-01 - 2013-02-19
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 48 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Wojciech Zabołotny
Prowadzący grup: Wojciech Zabołotny
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.