5 ECTS credits
140 u studietijd
Aanbieding 1 met studiegidsnummer 4004690ENR voor alle studenten in het 1e semester met een verdiepend master niveau.
Theoretisch gedeelte:
Deze cursus vereist enige voorkennis van de studenten: inleiding tot de elektronica (impedanties, Thevenin en Norton equivalenten, transfer functions, Bode diagramma's, stabiliteit van teruggekoppelde system en elementair inzicht in de werking van een MOS transistor).
1) werking van een moderne MOS transistor: zwakke, matige en sterke inversie, 2de orde effecten ten gevolge vam het schalen van transistoren (o.a. snelheidsverzadiging, korte kanaalseffecten). Verder worden parasitaire capaciteiten besproken, de layout van een MOS transistor en de overgang van een planaire transistorstructuur naar een FinFET.
2) analyse van kleinsignaalschakelingen: frequentieweergave, polen en nulpunten, zacht niet-lineair gedrag. Dit alles wordt aangebracht met behulp van een geaarde source schakeling, waarin ook het Miller effect grondig wordt bestudeerd.
3) Terugkoppeling in analoge circuits: invloed van terugkoppeling op niet-lineair gedrag en op de ingangs- en uitgangsimpedanties. Je zal ook leren een lusversterking te berekenen op een correcte manier voor praktische schakelingen, dus met inbegrip van de belasting van het terugkoppelnetwerk.
4) Met behulp van al deze inzichten zal je een-transistorschakelingen analyzeren (geaarde source, geaarde drain, geaarde gate, source degeneratie). De klemtoon hier is op inzicht, eerder dan op berekeningen met behulp van netwerkanalyze.
5) Met de kennis van 1-transistor schakelingen zullen we het differentieel paar analyzeren, evenals een stroomspiegel en een cascode schakeling. Deze circuits vormen de basis van een operationele versterker of transconductantieversterker, die ook worden bestudeerd in deze cursus. Verder wordt een compleet hoofdstuk gewijd aan ruis. Ook matching in differentiele circuits en offset worden bestudeerd. Voor operationele (transconductantie) versterkers worden stabiliteit en slew rate ook bestudeerd.
Praktisch gedeelte:
Er zijn 6 zittingen van 4 uur waarna je een operationele versterker zal ontworpen hebben. Je zal ontwerpvergelijkingen gebruiken en combineren in Matlab om de afmetingen van de transistoren in de opamp te bepalen. Je zal dit nadien ook verifieren met circuit simulaties. Nadien maak je een verslag, dat ook zal besproken worden tijdens het examen
De theoretische cursus bestrijkt een compleet semester. Het praktisch gedeelte start in het tweede deel van het semester. Deelname aan het praktisch gedeelte is verplicht.
Het cursusmateriaal wordt aangeboden onder de vorm van een doorlopende tekst (in elektronisch formaat), evenals een formularium en slides voor enkele hoofdstukken. Hieronder vind je nog extra materiaal indien je interesse hebt om verder dan de cursus te gaan in de wereld van analoog IC ontwerp:
- A. Sedra, K. Smith, T. C. Carusone and V. Maudet, "Microelectronic Circuits", Oxford Press 2015.
- B. Razavi, "Design of CMOS analog integrated circuits", Irwine Electronics and Computer Engineering, 2016.
- Paul Gray et al., "Analysis and design of analog integrated circuits," 5th edition. New York: John Wiley, 2010.
(zeer goed leesbare inleiding tot het ontwerp van analoge geintegreerde schakelingen. De nadruk ligt iets meer op schakelingen met bipolaire transistoren, maar het aandeel van MOS-gebaseerde circuits is gegroeid over de verschillende uitgaven)
- Kenneth Laker and Willy Sansen, "Design of analog integrated circuits and systems", Mc Graw Hill, 1994.
(dit boek bevat diepgaangde analyses van elementaire transistorschakelingen, zowel met MOS transistoren als met bipolaire transistoren; opamps worden meer in detail behandeld dan in het boek van Gray & Meyer. Verder wordt het ontwerp van actieve filters behandeld (zowel continue tijd filters als tijdsdiscrete filters met geschakelde capaciteiten).
- Yannis P. Tsividis, "Operation and Modeling of the MOS Transistor," Mc Graw-Hill International Editions, 1988.
(excellent up-to-date boek over de werking van MOS transistoren)
- Behzad Razavi, "RF microelectronics", Prentice Hall Communications Engineering, 2011.
(zeer goed leesbaar en gestructureerd werk over hoogfrequente (RF) ICs.
- Thomas Lee, "The design of CMOS radio-frequency integrated circuits," Cambridge University Press, 2004.
(zeer goed leesbaar boek over hoogfrequente (RF) ICs. Dit boek is breder het boek van Razavi, maar bevat weinig berekeningen)
- Piet Wambacq en Willy Sansen, "Distortion analysis of analog integrated circuits," Kluwer Academic Publishers, 1998.
(inleiding tot niet-lineair gedrag van analoge ICs)
- Design of Analog Filters, Passive, Active RC and Switched Capacitor, Rolf Schaumann, Mohammed S. Ghausi, Kenneth R. Laker, Prentice Hall, 1990
(referentiewerk voor ontwerp van actieve en passieve filters)
Als student zal je inzicht opbouwen in analoge circuits, eerder dan het kunnen berekenen van transfer functies en impdeanties aan de hand van netwerkanalyse. Via dit inzicht zal je in staat zijn om creatief te zijn in analoog circuitontwerp.
Je zal tot het inzicht komen dan analoge sigaanlverwerking wordt beperkt door ruis, niet-lineair gedrag, bandbreedte en , voor differentiele circuits, door matching van overeenkomstige circuitelementen.
Verder zal je tot het inzicht komen dat analoge geintegreerde circuits niets meer zijn dan een intelligente combinatie van de elementaire bouwblokken die uitvoerig worden behandeld in deze cursus. Vandaar dat een inzicht in deze elementaire circuits zo cruciaal is. Dit inzicht wordt in deze cursus aangereikt aan de hand van feedback theorie.
Terwijl de theoretische cursus de nadruk legt op inizcht in de werking van schakelingen en analyse, zal de praktische ontwerpproef een oefening in synthese zijn. Inderdaad, je zal de analyse vergelijkingen omkeren om de circuitelementen (transistoren en passieve componenten) te dimensioneren. We voeren deze ontwerpstap uit op een operationele versterker en zo zal je eindelijk te weten komen wat er zich bevindt in dat magische driehoekje, dat je al jaren als een "black box" hebt gebruikt in eerdere cursussen.
This course contributes to the following programme outcomes of the Master in Electronics and Information Technology Engineering:
The Master in Engineering Sciences has in-depth knowledge and understanding of
2. integrated structural design methods in the framework of a global design strategy.
The Master in Engineering Sciences can
4. reformulate complex engineering problems in order to solve them (simplifying assumptions, reducing complexity)
6. correctly report on research or design results in the form of a technical report or in the form of a scientific paper
8. collaborate in a (multidisciplinary) team
10. develop, plan, execute and manage engineering projects at the level of a starting professional
11. think critically about and evaluate projects, systems and processes, particularly when based on incomplete, contradictory and/or redundant information
The Master in Engineering Sciences has
12. a creative, problem-solving, result-driven and evidence-based attitude, aiming at innovation and applicability in industry and society
13. a critical attitude towards one’s own results and those of others
15. the flexibility and adaptability to work in an international and/or intercultural context
16. an attitude of life-long learning as needed for the future development of his/her career
The Master in Electronics and Information Technology Engineering:
17. Has an active knowledge of the theory and applications of electronics, information and communication technology, from component up to system level.
19. Has a broad overview of the role of electronics, informatics and telecommunications in industry, business and society.
20. Is able to analyze, specify, design, implement, test and evaluate individual electronic devices, components and algorithms, for signal-processing, communication and complex systems.
21. Is able to model, simulate, measure and control electronic components and physical phenomena.
22. Is aware of and critical about the impact of electronics, information and communication technology on society.
De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Mondeling bepaalt 67% van het eindcijfer
WPO Praktijkopdracht bepaalt 33% van het eindcijfer
Binnen de categorie Examen Mondeling dient men volgende opdrachten af te werken:
Binnen de categorie WPO Praktijkopdracht dient men volgende opdrachten af te werken:
De evaluatie van deze cursus valt uiteen in twee onderdelen:
- verslag van de ontwerpoefening
- mondeling examen
Het verslag van de ontwerpoefening telt mee voor 1/3 van het totaal resultaat, terwijl het modelinge deel voor 2/3 meetelt. Een extra voorwaarde om te slagen is wel dat je voor beide delen minstens 8/20 behaalt.
Het modelinge examen is een "open boek" examen. Een enkele vraag wordt aan het begin van het examen gegeven, waarvoor je 30 minuten tijd hebt om schriftelijk een antwoord voor te bereiden, dat je dan nadien mondeling toelicht. Bij deze voorbereiding is het toegelaten om het cursusmateriaal (niet online!) te gebruiken. De modelinge toelichting bij de docent zal worden gevolgd door een gesprek over het praktische opamp ontwerp.
Deze aanbieding maakt deel uit van de volgende studieplannen:
Master in de ingenieurswetenschappen: elektronica en informatietechnologie: Standaard traject
Master in de ingenieurswetenschappen: fotonica: Standaard traject