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

Projektowanie systemów elektronicznych

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103A-ELEIF-ISP-PSEL Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Projektowanie systemów elektronicznych
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Przedmioty obowiązkowe )-Elektronika i fotonika-inż.-EITI
( Przedmioty techniczne )---EITI
Punkty ECTS i inne: 5.00
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

PSEL

Numer wersji:

1

Pełny opis:

Celem zajęć jest:

  1. (dotyczy zagadnień wykładowych 1-5 i związanych z nimi ćwiczeń laboratoryjnych)
    Przygotowanie studentów do budowania złożonych systemów elektronicznych. Studenci powinni nauczyć się praktycznego wykorzystania, a przede wszystkim zauważyć spójność wiedzy przekazywanej im na innych przedmiotach kursowych. Na tym przedmiocie studenci zdobędą wiedzę niezbędną do połączenia umiejętności nabytych na innych przedmiotach w celu zbudowania działającego systemu elektronicznego takich jak umiejętność definiowania założeń projektowych i opracowywania schematów blokowych, kierowanie procesem projektowania oraz integracja pracy na różnych poziomach (układy scalone, oprogramowanie, mechanika, interfejs użytkownika), kontrola jakości projektu oraz przygotowanie dokumentacji systemowej.
  2. (dotyczy zagadnień wykładowych 6-10 i związanych z nimi ćwiczeń laboratoryjnych)
    Zaznajomienie studentów z problematyką projektowania zintegrowanych systemów scalonych SoC (ang. System on Chip) zrealizowanych w nanometrowych technologiach CMOS. Omówiona zostanie konstrukcja układu i systemu scalonego oraz przedstawione zostaną podstawowe bloki składowe.
  3. (dotyczy zagadnień wykładowych 11-14 i związanych z nimi ćwiczeń laboratoryjnych) Zaznajomienie studentów z problematyką projektowania, wytwarzania, testowania i charakteryzacji specjalizowanych układów fotoniki scalonej ASPICs (Application Specific Photonic Integrated Circuits). W szczególności przedstawione zostanie podejście generyczne do projektowania i wytwarzania układów ASPIC, omówione zostaną główne platformy technologiczne (krzemowa, fosforku indu oraz azotku krzemu), techniki testowania układów (w tym testowania on-wafer) oraz technologie packagingu generycznego. Przedstawione zostaną również przykładowe realizacje układów ASPIC do zastosowań telekomunikacyjnych i czujnikowych oraz metody hybrydowej integracji ASPIC/ASIC.

Zagadnienia wykładowe

  1. Projektowanie współczesnych systemów elektronicznych:
    • Przykłady konstrukcji systemów.
    • Definiowanie założeń systemu elektronicznego.
    • Rysowanie schematów blokowych, podział na funkcje.
    • Dobór technologii, rodzaju układów i interfejsów.
    • Podział zadań oraz tworzenie zespołu projektowego.
    • Przygotowanie specyfikacji poszczególnych podsystemów w celu efektywnej współpracy, np. pomiędzy projektantem PCB a programistą.
  2. Dobór elementów i projektowanie układów elektronicznych z uwzględnieniem wymagań i możliwości wykonania):
    • Umiejętne czytanie kart katalogowych elementów elektronicznych.
    • Dobór elementów pod kątem dostępności, czasu życia, ceny, tolerancji.
    • Wpływ temperatury na czas życia elementów.
    • Optymalizacja kosztów produkcji (m.in. redukcja liczby różnych elementów, stosowanie elementów tańszych tam gdzie jest to uzasadnione itp.).
    • Podział na moduły, dobór złącz i połączeń.
    • Tworzenie baz danych elementów oraz spisów części (BOM).
    • Zastosowanie programów CAD w tym procesie.
  3. Integracja mechaniczna systemów:
    • Ograniczenia mechaniczne dla projektu.
    • Wymagania funkcjonalne, a łatwość montażu i koszty produkcji.
    • Interfejs użytkownika.
    • Chłodzenie.
    • Ekranowanie przed zakłóceniami.
    • Oznaczenia interfejsu użytkownika oraz oznaczenia serwisowe.
  4. Montaż, uruchomienie i testowanie systemów elektronicznych:
    • Przygotowanie produkcji i montażu.
    • Zasadność przygotowania prototypów.
    • Organizacja procesu produkcji (zamawianie i składowanie podzespołów, produkcja części mechanicznych, przygotowanie narzędzi oraz stanowiska montażowego).
    • Dobre praktyki przy montażu systemów.
    • Testowanie przedprodukcyjne, produkcyjne oraz poprodukcyjne.
  5. Dokumentacja projektowa systemu elektronicznego:
    • Znaczenie dokumentacji projektowej.
    • Dobre nawyki przy tworzeniu dokumentacji.
    • Certyfikacja (np. CE).
    • Testy EMC.
    • Instrukcja obsługi oraz instrukcja serwisowa.
  6. Współczesne zintegrowane systemy scalone SoC (ang. System on Chip):
    • Przykłady układów SoC oraz ich zastosowania.
    • Technologie produkcji układów scalonych.
    • Konstrukcja układu i systemu scalonego, bloki składowe oraz metody projektowania.
  7. Analogowe układy scalone:
    • Podstawowe bloki analogowe w układach scalonych.
    • Metody projektowania analogowych układów scalonych, ze szczególnym uwzględnieniem metody gm/Id.
    • Omówienie cyklu projektowania układów analogowych: schemat elektryczny, symulacje, projekt topografii masek produkcyjnych (ang. layout).
  8. Cyfrowe układy scalone:
    • Cykl projektowania układów cyfrowych w stylu komórek standardowych: opis w języku HDL (ang. Hardware Description Language), proces syntezy logicznej i syntezy topografii masek.
    • Weryfikacja układu cyfrowego.
  9. Układy mieszane
    • Modelowanie i symulowanie układów analogowo-cyfrowych.
    • Wprowadzenie języka Verilog-AMS.
    • Integracja układów analogowych i cyfrowych: problem sprzężeń, prowadzenie zasilania, weryfikacja.
  10. Rozwój i produkcja układów scalonych
    • Typowy cykl rozwoju układu scalonego.
    • Prototypowanie i produkcja układów scalonych.
    • Problem testowania układów scalonych.
    • Montaż układu w obudowę.
  11. Układy fotoniki scalonej
    • Konstrukcja układu fotoniki scalonej, jego bloki składowe oraz metody projektowania, wprowadzenie do technologii wytwarzania, główne platformy technologiczne.
    • Przykłady układów oraz ich zastosowania.
  12. Podstawowe bloki funkcjonalne układów fotoniki scalonej
    • Bloki pasywne (elementarne i złożone): falowody, sprzęgacze MMI, multipleksery AWG, siatki Bragga, układy interferometryczne, elementy SSC.
    • Bloki aktywne (elementarne i złożone): wzmacniacze SOA, źródła światła koherentnego, modulatory światła, detektory.
  13. Projektowanie układów fotoniki scalonej
    • Omówienie cyklu projektowania układów fotoniki scalonej: schemat ideowy, symulacje, projekt topografii masek produkcyjnych.
    • Oprogramowanie do projektowania i symulacji układów fotoniki scalonej.
  14. Rozwój i wytwarzanie układów fotoniki scalonej
    • Typowy cykl rozwoju układu fotoniki scalonej.
    • Problem testowania układów fotoniki scalonej.
    • Technika montażu układu w obudowie hermetycznej (problem połączeń optycznych, elektrycznych DC i RF).



Laboratoria (dot. ćwiczeń związanych z zagadnieniami wykładowymi 1-5):

  • Zastosowanie pakietu CAD do przeprowadzenia pełnego procesu projektowania systemu.
  • Testy EMC i certyfikacja CE.
  • “Problemy warsztatowe” przy montażu systemu.
  • Wizyta w firmie produkującej płytki i urządzenia.


Laboratoria (dot. ćwiczeń związanych z zagadnieniami wykładowymi 6-10):

  • Modelowanie systemów analogowo-cyfrowych.
  • Projektowanie układów analogowych.
  • Projektowanie układów cyfrowych.
  • Projektowanie układów mieszanych.
  • Testy i charakteryzacja układów i systemów scalonych.


Laboratoria (dot. ćwiczeń związanych z zagadnieniami wykładowymi 11-14):

  • Modelowanie elementów układu fotoniki scalonej
  • Projektowanie układów fotoniki scalonej
  • Montaż, testy i charakteryzacja układów fotoniki scalonej



Projekt:

Niezależnie od zaproponowanych ćwiczeń laboratoryjnych istnieje uzasadnienie zorganizowania projektu zespołowego w ramach przedmiotu PZE obejmującego ww. tematykę.

  • Zespoły ok. 6 studentów (min. 4 studentów).
  • Przykładowy projekt 1:
    Założenia: Zajęcia obejmowałyby zaprojektowanie prostego systemu analogowo-cyfrowego w nanometrowej technologii CMOS z wykorzystaniem profesjonalnych narzędzi EDA/CAD. Realizacja projektu wymagałaby współpracy pomiędzy studentami ukierunkowanymi na elektronikę analogową i cyfrową. Celem zajęć jest zdobycie przez studentów wiedzy i doświadczenia inżynierskiego z zakresu projektowania systemów scalonych. Dodatkowo studenci rozwiną swoje umiejętności pracy w grupie oraz uzyskają wiedzę i doświadczenie w zakresie zarządzania projektem. Przykładowa treść: Projekt przetwornika analogowo-cyfrowego z modulatorem Delta-Sigma wraz z filtrem decymującym oraz kolejką FIFO. Pierwsza faza projektu obejmowała będzie opracowanie modelu wysokiego poziomu, określenie specyfikacji bloków składowych oraz w przypadku części cyfrowej planu weryfikacji. W kolejnej fazie opracowane zostaną schematy elektryczne bloków analogowych wraz z ich modelami behawioralnymi oraz opis w języku HDL bloków cyfrowych. Kolejnym etapem będzie projekt topografii masek produkcyjnych bloków (full-custom – bloki analogowe, synteza logiczna oraz synteza topografii – bloki cyfrowe). Ostatnim etapem projektu będzie jego weryfikacja.
  • Przykładowy projekt 2:
    Zaprojektować system do automatycznego sterowania roletami w domu mieszkalnym w zależności od pory dnia i nasłonecznienia. Celem jest zapewnienie komfortu mieszkańcom poprzez ograniczenie przegrzania wnętrza domu w okresie letnim oraz jak najlepszego nasłonecznienia w okresie zimowym. System powinien zawierać zestaw czujników natężenia światła i temperatury, centralkę z możliwością programowania parametrów działania przez użytkownika oraz elementy sterujące silnikami w roletach. Zespół studentów powinien składać się z osób odpowiedzialnych za koncepcję i szczegółowe założenia systemu, projekt elektroniki sterującej, oprogramowanie i interfejs użytkownika, integrację mechaniczną systemu.
  • Przykładowy projekt 3:
    Zaprojektowanie układu nadajnika wielokanałowego do zastosowań telekomunikacyjnych, zaprojektowanie układu fotoniki scalonej do zastosowań czujnikowych, zaprojektowanie układu scalonego ASPIC/ASIC w technologii hybrydowej integracji fotoniczno-elektronicznej.
Literatura:

  1. R Jacob Baker, CMOS: circuit design, layout and simulation, Hoboken, John Wiley & Sons Inc.: IEEE Press 2010.
  2. Glenn R. Blackwell, The Electronic Packaging Handbook, CRC Press , 2017
  3. Peter Wilson, The Circuit Designer's Companion, 4th Edition, Newnes, 2017
  4. Dana Crowe, Alec Feinberg, Design for Reliability, CRC Press, 2001
  5. Guillermo Carpintero, Martijn Heck, Pascual Muñoz, Photonic Integrated Circuits: Integration platforms, building blocks and design rules (Materials, Circuits and Devices), The Institution of Engineering and Technology, 2019
  6. Michael Liehr, Moritz Baier, Gloria Hoefler, Nicholas M. Fahrenkopf, John Bowers, Richard Gladhill, Peter O’Brien, Erman Timurdogan, Zhan Su, Fred Kish, Foundry capabilities for photonic integrated circuits, Optical Fiber Telecommunications VII 2020, Pages 143-193, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816502-7.00004-X

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2022/2023 - sem. letni" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2023-02-20 - 2023-09-30
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Laboratorium, 30 godzin, 150 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 150 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Krzysztof Czuba
Prowadzący grup: Krzysztof Czuba
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Egzamin
Jednostka realizująca:

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

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