Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Simulation Techniques
Course of study:
2017/2018
Code:
IES-1-303-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
English
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Machowski Witold (witold.machowski@agh.edu.pl)
Module summary

Introductory coures of simulation techniques using SPICE simulator.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych ES1A_K01 Test
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty działalności inżyniera ES1A_K02 Test
M_K003 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, potrafi w sposób zrozumiały i z odpowiedzialnością za słowo zredagować raport z wykonanego zadania inżynierskiego ES1A_K06, ES1A_K04 Test,
Report
Skills
M_U001 Student potrafi wprowadzić topologię analizowanego układu w postaci tekstowej i z użyciem interfejsu graficznego. Umie przeprowadzić wszechstronne analizy badanego układu z uwzględnieniem zmian parametrów elektrycznych układu np. na skutek starzenia lub rozrzutów statystycznych. Potrafi krytycznie odnieść się do wyników symulacji. ES1A_U08, ES1A_U09, ES1A_U01 Test
M_U002 Student umie wykorzystać symulator do zadań projektowych ES1A_U08, ES1A_U09 Test
M_U003 Student umie czytać dokumentację używanego programu, znaleźć w niej odpowiednie informacje a także tworzyć dokumentację naukową i techniczną zawierającą wyniki symulacji ES1A_U04, ES1A_U01 Test
Knowledge
M_W001 Student ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat modelowania elementów i układów elektronicznych oraz rozumie ograniczenia przyjętych modeli matematycznych a przede wszystkim skończona dokładność określenia liczbowego parametrów używanych modeli ES1A_W13, ES1A_W01, ES1A_W12 Test
M_W002 Student rozumie wzrastającą rolę technik symulacyjnych w praktyce inżynierskiej, zna narzędzia komputerowe do symulacji układów elektronicznych analogowych i cyfrowych realizowanych w technice elementów dyskretnych i scalonej i wie jak ich użyć w celu przeprowadzenia wiarygodnej symulacji ES1A_W16, ES1A_W21 Test
M_W003 Student zna metody automatycznego tworzenia równań obwodowych dla zadanej topologii połączeń elementów. Zna algorytmy numerycznego rozwiązywania zagadnień matematycznych odpowiadających najczęściej wykonywanym analizom układów. ES1A_W16 Test
M_W004 Student zna strukturę i zawartość współczesnych pakietów CAD dedykowanych dla układów elektronicznych, rozumie przeznaczenie poszczególnych składników i ich wzajemne powiązania. ES1A_W16 Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych + - + - - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty działalności inżyniera - - + - - - - - - - -
M_K003 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, potrafi w sposób zrozumiały i z odpowiedzialnością za słowo zredagować raport z wykonanego zadania inżynierskiego - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi wprowadzić topologię analizowanego układu w postaci tekstowej i z użyciem interfejsu graficznego. Umie przeprowadzić wszechstronne analizy badanego układu z uwzględnieniem zmian parametrów elektrycznych układu np. na skutek starzenia lub rozrzutów statystycznych. Potrafi krytycznie odnieść się do wyników symulacji. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie wykorzystać symulator do zadań projektowych - - + + - - - - - - -
M_U003 Student umie czytać dokumentację używanego programu, znaleźć w niej odpowiednie informacje a także tworzyć dokumentację naukową i techniczną zawierającą wyniki symulacji - - + + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę na temat modelowania elementów i układów elektronicznych oraz rozumie ograniczenia przyjętych modeli matematycznych a przede wszystkim skończona dokładność określenia liczbowego parametrów używanych modeli + - + - - - - - - - -
M_W002 Student rozumie wzrastającą rolę technik symulacyjnych w praktyce inżynierskiej, zna narzędzia komputerowe do symulacji układów elektronicznych analogowych i cyfrowych realizowanych w technice elementów dyskretnych i scalonej i wie jak ich użyć w celu przeprowadzenia wiarygodnej symulacji + - - + - - - - - - -
M_W003 Student zna metody automatycznego tworzenia równań obwodowych dla zadanej topologii połączeń elementów. Zna algorytmy numerycznego rozwiązywania zagadnień matematycznych odpowiadających najczęściej wykonywanym analizom układów. + - - - - - - - - - -
M_W004 Student zna strukturę i zawartość współczesnych pakietów CAD dedykowanych dla układów elektronicznych, rozumie przeznaczenie poszczególnych składników i ich wzajemne powiązania. + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Coures is taught with lectures (15hr) and hands-on computers laboratory with conversatory/disscussion class elements (15hr)

Lecture content

1.Concept of model and numerical simulation. Short history of circuit simulators CANCER → SPICE. Review of circuit simulators. SPICE as industrial standard. Berkely SPICE and commercial SPICEs. Orcad/Cadence/PSPICE Package. Auxiliary software tools – schematic editor, graphical postrocessor (PROBE), libraries. Symbolic analisis and tools (3 hr)

2. Working with the netlist mode.DC, AC and TRAN directives Auxilliary analyses (3 hr)

3. Graphical postrocessing. Macros and Measurements. Advanced techniques – sweeping parameters with STEP and Performance analysis. Noise analysis. (3 hr)

4. Models of semiconductor devices – diodes, BJTs, JFETs. MOSFETS. Creating models with Model Editor (formerly PARTS) based on datasheets. (3 hr)

5. Subcircuits, OpAmp macromodel. Controlled sources and behavioral modelling.(1.5 hr)

6. Statistical analysis and manufacturability. Pseudorandom number generators. Yield analysis. Virtual prototyping(1.5 hr)

Laboratory classes:
  1. Laboratory class

    1. Getting acquained with the software environment. Analysis of simple RC circuits in frequency and time-domain. Step parametric analysis. Graphical postprocessor. Plotting tuning curves.

    2. Miller effect simulation in voltage and transconductance amplifiers. Techniques of calculationg components (Rin/Cin) of input impedane based on simulation results

    3. Designing single BJT amplifier with SPCIE. Bias point design, temperature sensitivity analysis. Frequency response and time analysis with sinewave stimulation. THD calculation.

    4. OpAmp based circuits simulations. Comparision between full circuit and behavioral model simulation results. Stability issues in feedback circuits. Calculating gain/phase margins.

    5. Differential MOSFET pair simulations. Monte Carlo statistical analysis. Impact of mismatch on offset and CMRR analysis.

    6. Noise analysis. Advanced noise analysis techniques.

    7. Introduction to mixed-signal simulation with PSPICE

  2. Project class

    Students will have to prepare short movie – an experimental use of video-didactics technique. They will use rather screen capture programs, however the use of camera is also allowed. The requirement for the movie prepared in teams is to cover either the other simulation tool (SPICE has numerous variants avaliable, differing a little bit form PSPICE used in the lab class) or more challenging circuit than analyzed during the lab activities

  3. Project class

    Students will have to prepare short movie – an experimental use of video-didactics technique. They will use rather screen capture programs, however the use of camera is also allowed. The MUIST requirement of the movie prepared in teams is to cover either the simulation toos (SPICE has numerous variants avaliable, differing a little bit form PSPICE used in the lab class) or more challenging circuit than analyzed during lab activities

Project classes:
-
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 78 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 14 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Participation in laboratory classes 14 h
Participation in project classes 10 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 20 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Final grade is calculated based on laboratory assesment (90%) and lecture quizzes (10%). Laboratory instructors take into account individual preparation for subsequent exercises and final practical test results. Practical test is performed using time limited open-book hands-on exercise using computer with simulator. Student is expected to write short report. Course grades in accordance with AGH Student bylaws.

Prerequisites and additional requirements:

Compulsory course. Mathematic, circuit theory, semiconductor devices background as well as basic skills in analog electronic circuits are requred. Module runs concurently with “Analog Electronic Circuits I” module and closely related to it.

Recommended literature and teaching resources:

J. O. Attia. PSPICE and MATLAB for electronics : an integrated approach
B. Al.-Hashimi. The Art of Simulation Using Pspice Analog and Digital
G. Roberts, A. Sedra. SPICE for Microelectronic Circuits

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Niskonapięciowe układy analogowe bazujące na inwerterach CMOS w scalonych systemach VLSI — Low voltage analog circuits based on CMOS inverters in VLSI systems / Witold MACHOWSKI. — Kraków : Wydawnictwa AGH, 2012. — 197 s., 1. — (Rozprawy Monografie / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie ; ISSN 0867-6631 ; 259). — Bibliogr

Hybrid DPWM implementation using coarse and fine programmable ADLL / Jacek JASIELSKI, Stanisław KUTA, Witold MACHOWSKI, Wojciech Kołodziejski // Microelectronics Journal ; ISSN 0026-2692. — 2014 vol. 45 iss. 9. s. 189–198, Streszcz., Summ.. — ISBN: 978-83-7464-533-1

Additional information:

None