Методическое пособие по изучению проблем проектирования и исследования электронных схем

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина    "Схемотехника    в    конструкторско-технологическом проектировании" посвящена изучению проблем проектирования и исследования электронных схем.

Основная задача схемотехники заключается в синтезе электронных схем, обеспечивающих выполнение определенных функций и расчет параметров входящих в них элементов.

Современный инженер-конструктор должен знать элементную базу, проблемы, тенденции развития и перспективные направления схемотехнического проектирования электронной аппаратуры в зависимости от ее назначения и условий эксплуатации.

ЦЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Основной целью изучения дисциплины является:

- приобретение студентами теоретических и практических знаний о принципах построения, функционирования и использования схемотехники аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств;

- подготовка студентов к решению задач, связанных с рациональным выбором элементной базы при разработке электронных устройств с заданными техническими характеристиками;

- подготовка студентов к выполнению самостоятельных инженерных расчетов параметров элементов электронных схем.

ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Поставленная цель достигается путем изучения студентами:

- методов синтеза, анализа и оптимизации электронных схем;

- параметров и характеристик элементной базы современных электронных средств.

На основе изученного материала студенты должны:

- знать номенклатуру, характеристики и функциональное назначение интегральных схем малой, большой и сверхбольшой степени интеграции, выпускаемых для аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств;

- уметь анализировать принципиальные электрические схемы аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств;

- иметь представление о методах анализа и синтеза электронных схем.

СВЯЗЬ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ УЧЕБНОГО ПЛАНА

Изучение данной дисциплины опирается на комплекс теоретических знаний и практических навыков, полученных при изучении таких  дисциплин, как "Основы радиоэлектроники и связи", "Схемотехника электронных средств", "Интегральные устройства радиоэлектроники", "Основы проектирования РЭС", "Современные методы конструирования и технологии РЭС".

2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучение дисциплины рассчитано на 88 часов учебных занятий, из которых 24 часа отводится на лекции, 8 часов на  практические занятия, 56 часов предназначены для самостоятельной работы.

Промежуточный контроль знаний проводится по выполнению студентами контрольной работы. Изучение дисциплины заканчивается сдачей зачета.

2.1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ВВЕДЕНИЕ

[3], с.5…29

Цель и задачи курса, его место в учебном процессе и взаимосвязь с другими дисциплинами.

Взаимосвязь   схемотехнического   и   конструкторско-технологического проектирования. Особенности проектирования аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств. Проектирование электронных схем на основе заказных, полузаказных и универсальных больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем. Эволюция конструкторско-технологических решений при проектировании устройств на основе элементной базы третьего-пятого поколений. Этапы и методы проектирования электронных устройств, схемотехническое и логическое моделирование.

2.1.1.  СХЕМОТЕХНИКА И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

[3], с.63…122, с.156…202; [4], с.5…60

Проблемы, решаемые при проектировании аналоговых устройств. Типовые схемные конфигурации: источники тока и напряжения, одиночные каскады и составные схемы, дифференциальные каскады, усилительные каскады в ключевых режимах.

Влияние отрицательной обратной связи на параметры усилительных схем, разновидности усилителей с обратной связью. Устойчивость схем с обратной связью и переходные процессы в них.

 Операционные усилители (ОУ), их параметры и характеристики. Электронные узлы на основе ОУ: линейные и нелинейные операционные схемы. Устройства, выполняющие математические операции: сумматоры и вычитатели, аналоговые перемножители и делители, логарифмические усилители, интеграторы и дифференциаторы.

Устройства с частотно-зависимыми обратными связями: активные фильтры, генераторы колебаний.

Источники опорного напряжения и постоянного тока. Выпрямители среднего и амплитудного значений сигнала, линейные и импульсные стабилизаторы напряжения. Принципы построения источников питания электронных систем.

Аналоговые интегральные схемы: классификация, основные параметры и характеристики. Особенности проектирования аналоговых устройств на интегральных схемах. Унифицированные и специализированные аналоговые интегральные схемы, перспективы развития.

2.1.2. СХЕМОТЕХНИКА И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

[1], с.53…80, с.123…157; [2], с.693…710; [3], с.351…407; [4], с.183…220

Принципы схемотехнического проектирования цифровых устройств. Потенциальные системы элементов, принцип действия и особенности функционирования.

Типы логических элементов: диодно-транзисторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), транзисторная логика с непосредственными связями (НСТЛ), эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), интегральная инжекционная логика (ИИЛ), логические схемы на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Проектирование схем в базисе И-НЕ, ИЛИ-НЕ, методы синтеза комбинационных устройств.

Триггеры: классификация, методы синтеза. Логика работы, основные этапы проектирования дешифраторов, сумматоров, регистров, счетчиков.

Запоминающие устройства. Схемотехника ячеек памяти статического и динамического типа. Постоянные, репрограммируемые и ассоциативные запоминающие устройства.

Микропроцессоры, их структурная, логическая и конструктивная организация. Однокристальные и многокристальные микропроцессоры. Статические и динамические характеристики. Типовые схемы микропроцессорных комплектов: центральные процессорные элементы, блоки приоритетных прерываний, блоки микропрограммного управления и интерфейсные схемы. Основные принципы построения интерфейсных схем, обеспечивающих программный доступ микропроцессоров к внешним устройствам.

Элементная база цифровых устройств. БИС и СБИС микропроцессорных комплектов и запоминающих устройств. Перспективная элементная база на основе устройств функциональной электроники.

2.1.3. СХЕМОТЕХНИКА И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

[3], с.408…427; [4], с.221…276; [7], с.129…229

Области применения, требования к электрическим параметрам и эксплуатационным характеристикам цифро-аналоговых (ЦАП) и аналого-цифровых (АЦП) преобразователей.