Otevřené Elektronické Systémy MSP Obor RF and DSP Engineering přípravné materialy akreditace V1.2.0 (8.10.2012) řešitelský tým prof. Jan Sýkora, prof. Marie Demlová, prof. Jan Hamhalter, prof. Pavel Hazdra, prof. Zbyněk Škvor, prof. Pavel Zahradník, prof. Ivan Zemánek Tento dokument obsahuje pouze vybrané, obsahově nejdůležitější, části akreditačních materiálů. Nejedná se finální podobu akreditačních materiálů a v určitých částech ještě může dojít k drobným změnám a vylepšením.
B Charakteristika studijního programu a jeho oborů, pokud se na obory člení Vysoká škola Součást vysoké školy Název studijního programu Název studijního oboru ČVUT v Praze FEL Otevřené Elektronické Systémy (Open Electronic Systems) Vysokofrekvenční a digitální technika (RF and DSP engineering) prof. Ing. Jan Sýkora, CSc. prof. Ing. Zbyněk Škvor, CSc. Garant studijního programu Garant studijního oboru Místo uskutečňování studijního oboru Zaměření na přípravu k výkonu ne regulovaného povolání Charakteristika studijního oboru (studijního programu) Magisterský program OES předpokládá na svém vstupu absolventa s širokými teoretickými znalostmi, na kterých lze pohodlně stavět profesní specializační předměty. Stále si zachovává vysokou univerzálnost. Obory jsou děleny nikoliv podle výsledného technického produktu, ale podle teoretických a dovednostních nástrojů, které si absolvent osvojí. Tato metodika přesně odpovídá profilu absolventa vyžadovaného pro vývojové a výzkumné týmy, a pro nadnárodní společnosti vyvíjející technologicky a algoritmicky špičkové výrobky. Absolvent je seznámen se současným stavem (state-of-the-art) vědy a techniky v oboru. Má zažitý návyk pracovat se zdroji odborných informací. Je připraven k doktorskému studiu. Program se dělí na obory (Professional Tracks). Obory (Professional Tracks) - definované povinnými předměty oboru. Tvoří 50% náplně semestrů 1-3. o CSP Communications and signal processing o RDE RF and DSP engineering o SSS Solid State Systems Volitelné předměty o zbylý prostor mimo povinné předměty oboru tvoří volitelné předměty z aktuální nabídky předmětů programů FEL (http://www.fel.cvut.cz/cz/education/bk/prehled.html), či nově vzniklé. o Je definována sada doporučených volitelných předmětů. Minor obor o pokud student absolvuje alespoň 3 předměty (15 kreditů) z jiného oboru programu OES, je mu to zpětně uznáno jako minor. Humanitní a Soft-Skills předměty o Volitelné z aktuální nabídky předmětů programů FEL (http://www.fel.cvut.cz/cz/education/bk/prehled.html) o celkem požadovány 4 kredity během studia Podobně jako u BSP, tento program nekonkuruje, ale doplňuje portfolio studijních programů. Neklade si za cíl pokrýt každou jednotlivou drobnou specializaci nebo poskytnout vyčerpávající encyklopedický přehled všeho, co obsahují elektronické systémy (zde si mohou studenti doplnit studium ze stávajících programů). OES se zaměřuje pouze na ty oblasti, které jsou tvořeny dostatečně nosnými a nadčasovými teoriemi, a které tak jsou půdou k výchově skutečně špičkových samostatných a o hluboké teoretické znalosti se opírající absolventy. OES se snaží připravit generaci inženýrů, vývojářů a vědců, kteří budou schopni konkurence v prostředí ekonomiky postavené na technické jedinečnosti výrobků. Profil absolventa studijního oboru (studijního programu) & cíle studia RF and DSP engineering. Obor připravuje absolventy pro návrh hardwaru elektronických systémů analogových i digitálních a pokrývající široký rozsah technologií a kmitočtů, od základního pásma až po milimetrové vlny. Absolvent oboru získá během studia hluboké vědomosti, dovednosti a návyky potřebné pro výzkum a vývoj vysokofrekvenčních systémů, obvodů a jejich prvků. Je schopen analýzy problémů a jejich samostatného tvůrčího řešení za použití soudobých prostředků. Nalezne uplatnění v R&D odděleních firem vyvíjejících elektronické obvody a systémy, zejména pak komunikační, radiolokační, navigační, měřicí a telemetrické. Charakteristika změn od předchozí akreditace (v případě prodloužení platnosti akreditace) Prostorové zabezpečení studijního programu Budova ve vlastnictví VŠ Budova v nájmu doba platnosti nájmu Informační zabezpečení studijního programu
MSP - RF and DSP engineering (RDE) sem/hod 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 MSP1 RF Blocks Technology Optical & THz RF&Optical Technique Engineering Lab M- RFB M- OTT M- ROL 6+0 7 z,zk 2+0 3 z,zk 0+4L 5 z celkem MSP2 Antennas & EMC Microproc. & Microcomp. CAD & Numerical Methods in RF Eng. 4 kredity M- AEC (~A2M17AEK)M- MAM (~A2M99MAM) M- CAD kdykoliv 3+1s 5 z,zk 4+2c 7 z,zk 2+0 3 kz behem MSP MSP3 Wireless Ch. & Propagation Architectures of Rx/Tx systems Radio Systems Measurement Lab InvLect/SpecTop/Proj- Block M- WCP (~A2M17PDS)M- ART M- RML (ART/WCP/AEC) M- *** 4+0 5 z,zk 4+0 5 z,zk 0+4L 5 z 4+0 *** MSP4 DP - Thesis InvLect/SpecTop/Proj- Block M- DP M- *** 0+20 4+0 *** (=) existujici predmet (~) mirna modifikace existujiciho predmetu (*) velka modifikace existujiciho predmetu, pouzito pouze omezene, ev. v jinem semestru Nazev predmetu CODE (equiv) rozsah ECTS zakonceni rozsah= prednaska + (s)seminar/(c)computer/(l)lab Professional Track (PT) - major MSP definuje dany PT {CSP, RDE, SSS} - dohromady 50% MSP1-3 - 45 kreditu = PO - predmet oboru Professional Track (PT) - minor MSP minor - musi byt z mnozity PT/OES minimalne 3 predmety dohromady (v libovolnem semestru) Optional (O) MSP libovolne volitelne uzce specializacni z jinych prog., prakticko- profesni z KME, etc Humanities & Soft Skills pouzit z existujici nabidky Common Lab lab sdruzujici temata z vice prednaskovych predmetu doporucene volitelne predmety
C Pravidla pro vytváření studijních plánů SP (oboru) a návrh témat prací Vysoká škola ČVUT v Praze Součást vysoké školy FEL Název studijního programu Otevřené Elektronické Systémy (Open Electronic Systems) Název studijního oboru Vysokofrekvenční a digitální technika (RDE RF and DSP Engineering) Název předmětu rozsah způsob zák. druh před. přednášející dop. roč. RF funční bloky 6+0 z, zk P prof. Hoffmann 1/1 (M-RFB RF Blocks Technology) Optické a THz techniky 2+0 z, zk P doc. Zvánovec 1/1 (M-OTT Optical & THz Techniques) Laboratoře RF a Optiky 0+4L z P prof. Hoffmann, 1/1 (M-ROL RF and Optical Engineering Lab) doc. Zvánovec Antény a elektromagnetická kompatibilita 3+1s z, zk P prof. Mazánek 1/2 (M-AEC Antennas and EMC) Mikroprocesory a mikropočítače 4+2c z, zk P doc. Skalický 1/2 (M-MAM - Microprocessors & Microcomputers) CAD a numerické metody v RF návrhu 2+0 kz P doc. Dobeš, 1/2 (M-CAD CAD & Numerical Methods in RF Eng.) prof. Škvor Bezdrátové kanály a šíření vln 4+0 z, zk P prof. Pechač 2/3 (M-WCP Wireless Channels & Propagation) Architektury přijímačů a vysílačů 4+0 z, zk P doc. Kovář, 2/3 (M-ART Architectures of Rx/Tx Systems) Laboratoř měření rádiových systémů (M-RML Radio Systems Measurement Lab) Ing. Matějka 0+4L z P prof. Mazánek, prof. Pechač, doc. Kovář, Ing. Matějka 2/3
Obsah a rozsah SZZk 1. Principy, funkce, návrh a měření pasivních vysokofrekvenčních a mikrovlnných obvodů. (M-RFB) 2. Principy, funkce, návrh a měření aktivních vysokofrekvenčních a mikrovlnných obvodů. (M-RFB) 3. Generace a detekce THz vln, Gaussovské svazky, interakce THz vln s prostředím. (M-OTT) 4. Optické zdroje a detektory, nelineární vláknová optika, vláknové a svazkové senzory. (M-OTT) 5. Principy vyzařování a metody řešení vyzařujících elektromagnetických struktur (základní matematická formulace, zdrojové funkce, zářivé vektory, charakteristické módy). (M-AEC) 6. Základní anténní struktury a jejich soustavy řady (rezonanční, s postupnou vlnou, liniové, smyčky, plošné, trychtýře, log-per antény, štěrbiny, šroubovice, reflektorové antény, čočky). (M-AEC) 7. Architektury universálních, signálových a jednočipových procesorů, trendy, typy a uspořádání pamětí, sběrnice. Adresový a vstupně/výstupní prostor, připojení pamětí, časové parametry, stránkování a přepínání pamětí, rekonfigurace systému za běhu. Interní periferie, připojení vnějších periferií, rozšíření V/V prostoru paralelními, sériovými a programovatelnými obvody. Přístrojové a komunikační sběrnice, multiprocesorová komunikace. (M- MAM) 8. Programování procesoru, strojový kód, assembler, vyšší jazyky, fáze zpracování instrukce, cache, inicializace procesoru, přerušovací systém, pipeline. Programovací metody, synchronizace procesů a vláken, programování multiprocesorových systémů, paralelizace programu pro procesory VLIW. (M-MAM) 9. Metody numerického řešení elektromagnetického pole (FDTD, FEM, MoM), řešení implicitních soustav nelineárních algebrodiferenciálních rovnic. Mono- a více-kriteriální optimalizace prvků a obvodů. (M-CAD) 10. Gummel-Poonův model bipolárního tranzistoru. Základní principy charakterizace MOSFET: semiempirický model, modely EKV a BSIM. Modelování bipolárních a unipolárních výkonových struktur. Charakterizace mikrovlnných tranzistorů, kmitočtová disperze parametrů. (M-CAD) 11. Fyzikální mechanizmy šíření rádiových vln v atmosféře - atmosférická refrakce, odraz, rozptyl, refrakce, difrakce, disperze, přízemní povrchová vlna, prostorová vlna, troposférická a ionosférická vlna. (M-WCP) 12. Principy návrhu základních typů rádiových spojů - pozemní směrový spoj, pozemní mobilní spoje, spoje v pásmech LF/MF a HF, družicové pevné a mobilní spoje. (M-WCP) 13. Základní stavební bloky vysílačů a přijímačů - filtry, syntéza kmitočtů, kmitočtová konverze, AD/DA převod, DDC, DUC, systémy s více vzorkovacími rychlostmi. (M-ART) 14. Architektura rádiových přijímačů, návrh a optimalizace přijímačů, šum v přijímači, kaskádní syntéza, parametry přijímačů. Výkonové zesilovače, parametry vysílačů. (M-ART) Požadavky na přijímací řízení Absolvování bakalářského studijního programu Otevřené Elektronické Systémy (Open Electronic Systems) nebo znalosti v rozsahu SZZk OES-BSP s důrazem na předměty relevantní k zvolenému magisterskému studijnímu oboru. Další povinnosti / odborná praxe
Návrh témat prací a obhájené práce Ukázková zadání diplomových prací Analýza pole v okolí diskontinuity ve vlnovodu Proveďte analýzu elektromagnetického pole v kovovém vlnovodu obdélníkového průřezu, do kterého je zasunut kovový válcový kolík. Sestavte program, který provede numerickou analýzu elmg. pole v tomto vlnovodu a dokáže určit vliv kolíku na amplitudu a fázi procházející i odražené vlny v celém pásmu jednomodového přenosu vlnovodu pro různé průměry a délky kolíku. Oscilátory pro frequency-hopping radar 11 GHz S použitím generátorů DDS (Direct Digital Synthesis) a PLL navrhněte a realizujte sestavu oscilátorů umožňující provoz FH (Frequency Hopping) v pásmu 11 GHz. Sestava bude použita pro konstrukci radarových senzorů pro detekci protipancéřových střel. Zapojení generátorů DDS navrhněte tak, aby bylo možné v přijímači v senzoru provést zpracování přijatých signálů na mezifrekvenci 6,5 MHz. Přesné měření výšky kapaliny Navrhněte a realizujte mikrovlnný interferometrický měřič výšky vodní hladiny, pracující v pásmu X. Rozšířená nejistota měření musí být menší než 0,5 mm pro celý měřicí rozsah 1m a teplotní pásmo 280 až 350 K. Návaznost na předchozí studijní program (podmínky z hlediska příbuznosti oborů)
Název studijního předmětu RF funční bloky (M-RFB RF Blocks Technology) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 1/1 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 6+0 kreditů 7 Způsob zakončení z, zk Forma výuky přednášky prof. Ing. Karel Hoffmann, CSc. Předmět seznamuje s vysokofrekvenčními a mikrovlnnými pasivními obvody v planárních a monolitických strukturách vedeními, směrovými členy, děliči, filtry, rezonančními obvody a CAD nástroji pro návrh mikrovlnných obvodů. Dále jsou obsahem mikrovlnné diody, tranzistory, bipolární, MESFET a HEMPT, základní parametry zesilovačů, návrh úzkopásmových a širokopásmových a nízkošumových zesilovačů, mikrovlnné diodové a tranzistorové oscilátory, detektory a směšovače, násobiče. Předmět také přehledně pokrývá.problematiku základního mikrovlnného měření. Měření výkonu, skalární analyzátor, spektrální analyzátor, měření šumu, měření frekvence, vektorové měření, měření v časové oblasti. 1. Základní rf. a mikrovlnné veličiny, typy vedení, planární a monolitické technologie, programové nástroje. Planární vedení symetrické, mikropáskové, štěrbinové koplanární, vázané vedení. 2. Směrové vazební členy směrová odbočnice z vázaných vedení, příčkové vazební členy, kruhové vazební členy, kombinovaný hybridní člen. 3. Děliče výkonu, odporové, Wilkinsonův, děliče s nestejným dělicím poměrem, mnoha výstupové děliče. Mikrovlnné součástky se soustředěnými parametry. 4. Rezonanční obvody v mikrovlnné integrované technice. Mikrovlnné planární filtry (LC,.s rozloženými parametry, dielektrické, keramické, SAW, YIG). 5. Stabilita dvoubranu. Úzkopásmové a širokopásmové přizpůsobení. 6. Mikrovlnné tranzistory, BJT, HBT, MESFET, HEMPT, mikrovlnné diody, Schottky, varaktory, SRD, PIN, tunelové, lavinové, Gunnovy. 7. Tranzistorové zesilovače, návrh s absolutně stabilním a podmíněně stabilním tranzistorem, nízkošumové, širokopásmové, balanční, zpětnovazební, s postupnou vlnou, výkonové, třídy A, B, C, D, E, F, nelineární zkreslení. 8. Oscilátory, diodové, tranzistorové, aktivní rezonanční obvody, dvoubranový návrh. 9. Směšovače, jednodiodový směšovač, balanční směšovač, tranzistorový směšovač. 10. Frekvenční násobiče, varistorové násobiče, varaktorové násobiče na barierové kapacitě, SRD násobiče, tranzistorové násobiče. 11. Základní měřené parametry vf. obvodů ve frekvenční a časové oblasti, důležitost impedančního přizpůsobení. Základní odlišnosti od nf. měření Skalární analyzátor, detektory a směrové můstky, blokové schéma zapojení, měření odrazů a přenosů, kalibrace a chyby měření, použití AM. Měření výkonu. 12. Spektrální analyzátor, vnitřní zapojení a hlavní parametry, měření nelineárních parametrů, způsob popisu nelineárního chování VF obvodů, buzení nelineárních obvodů při výpočtech a měření, Nelineární produkty 2. a 3. řádu, Měření bodů -1dB komprese, měření vyšších harmonických, IP2, IP3, měření IM produktů. Měření frekvence, mikrovlnné čítače. 13. Měření šumového čísla a šumové teploty, Definice F, Te, šumové číslo imp. přizpůsobených pasivních obvodů, princip měření F, definice Y, základní šumové zdroje, definice ENR, Friisův vztah, měření DSB, SSB 14. Vektorové měření s-parametrů, základní principy vektorového měření s-parametrů, měření jednobranů, dvoubranů a vícebranů, chyby měření, kalibrační metody. Měření v časové oblasti. Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Thomas H. Lee, Planar Microwave Engineering,Cambridge University Press 2. George D. Vendelin, Anthony M. Pavio, Ulrich L. Rohde, Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques, John Willey 3. G. H. Bryant, Principles of Microwave Measurements, IEE Electrical Measurement Series 5, Peter Peregrinus 4. K. Hoffmann, Planární mikrovlnné obvody, skriptum ČVUT FEL 5. K. Hoffmann, P. Hudec, V. Sokol, Aktivní mikrovlnné obvody, skriptum ČVUT FEL
Název studijního předmětu Optické a THz techniky (M-OTT Optical & THz Techniques) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 1/1 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 2+0 kreditů 3 Způsob zakončení z, zk Forma výuky přednášky doc. Ing. Stanislav Zvánovec, Ph.D. Hlavním cílem předmětu je seznámit studenty jak se společnými, tak i specifickými přístupy návrhu optických a terahertzových systémů. Seznámí se se základy milimetrových a submilimetrových vln a vztahem submilimetrové a optické techniky. Obsahem budou jak základní teoretické principy a specifické přístupy k řešení jednotlivých komponent (vysílače, detektory, pokročilé technologie atd.), tak i analytické postupy řešení interakcí vln či metodiky měření v THz a optické oblasti. 1. Techniky terahertzových vln - přehled 2. Gaussovské svazky 3. Šíření THz vln a jejich interakce s prostředím 4. Generace a detekce THz vln 5. THz spektroskopie a pokročilé měřicí metody 6. Bezdrátové komunikační systémy 7. Planární a vláknová optika 8. Optické zdroje a detektory, lasery, generace krátkých optických pulzů 9. Nelineární vláknová optika 10. Měření optických systémů 11. Speciální vláknové a svazkové senzory 12. Struktury fotonického zpracování 13. Holografie 14. Trendy v THz a optické oblasti Studijní literatura a studijní pomůcky 1. P. F. Goldsmith, Quasioptical systems: Gaussian beam quasioptical propagation and applications. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1998. 2. O. Bouchet, Free-space optics : propagation and communication. London ; Newport Beach, CA: ISTE, 2006. 3. G. P. Agrawal, Nonlinear fiber optics, 4th ed. Amsterdam ; Boston: Elsevier / Academic Press, 2007.
Název studijního předmětu Laboratoře RF a Optiky (M-ROL RF and Optical Engineering Lab) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 1/1 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 0+4L kreditů 5 Způsob zakončení z Forma výuky laboratoř prof. Karel Hoffmann, doc. Ing. Stanislav Zvánovec, Ph.D. Kombinované laboratoře pro podporu předmětů RF bloky a Optické a THz techniky. Hlavním cílem je rozvinout praktické dovednosti při návrhu mikrovlnných a optických komponent a seznámit studenty s rf., mikrovlnnými a optickými obvody realizovanými v planárních, vláknových či monolitických strukturách. Laboratoře mimo jiné zahrnují měření interakcí Gaussovských svazků, přenosových parametrů optických komponent, nelineárních optických jevů atd. 1. RF bloky a. Microwave Office software b. Skalární analyzátor c. Měření základních mikrovlnných posivních komponent, výkonových děličů, vazebních členů, filtrů, rezonátorů d. Spektrální analyzátor e. Měření zesilovačů, oscilátorů, směšovačů, násobičů f. Měření šumového čísla a šumových parametrů g. Vektorový analyzátor, měření s-parametrů 2. Optické bloky a. Měření Gaussovských svazků b. Holografie, spektroskopická měření c. Vývoj optického vlánkového senzoru I. d. Vývoj optického vlánkového senzoru II. e. Nelineární optika I. f. Nelineární optika II. g. Vývoj vláknového laseru; vyhodnocení projektů Studijní literatura a studijní pomůcky 1. E. Bailey, Microwave Measurement. Peter Peregrinus, London 1985 2. G.H. Bryant, Principles of Microwave Measurements. IEE Electrical Meas. 5, Peter Peregrinus Ltd., London 1997 3. G. P. Agrawal, Nonlinear fiber optics, 4th ed. Amsterdam ; Boston: Elsevier / Academic Press, 2007. 4. R. Hui, M. S. O'Sullivan, Fiber optic measurement techniques. Amsterdam ; London: Elsevier/Academic Press, 2009.
Název studijního předmětu Antény a elektromagnetická kompatibilita (M-AEC Antennas and EMC) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 1/2 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 3+1s kreditů 5 Způsob zakončení z, zk Forma výuky přednášky, semináře prof. Ing. Miloš Mazánek, CSc. Student se na základě matematického a fyzikálního popisu seznámí s principy a funkcí vyzařujících struktur, seznámí se s analytickým modelem, softwarovou simulací, projde až po konkrétní návrh základních struktur - liniových, plošných a reflektorových antén, anténních čoček, jejich soustav i radomů. Získá zkušenosti s anténní měřicí technikou včetně praktických měření ve specializované anténní laboratoři. Seznámí se rovněž se základní problematikou elektromagnetické kompatibility, jak kvalitativně tak i kvantitativně, s fyzikální podstatou rušení a jeho přenosu i s možnostmi odstranění nežádoucích jevů a metodami měření rušivého vyzařování i odolnosti zařízení, kritérii a standardy. 1. Maxwelovy rovnice, potenciály elmag. polí, formulace rovnice pro vyzařování zdrojů 2. Zářivé vektory, vliv rozložení zdrojů, fyzikální limity a kritéria vyzařování elmag struktur 3. Reciprocita, dualita, komplementarita, parametry antén. 4. Momentová metoda v řešení liniových struktur, teorie charakteristických módů 5. Liniové antény, proudové rozložení, charakteristiky, drátové dipóly a smyčky 6. Anténní řady a soustavy obecná teorie řad a syntéza anténní charakteristiky 7. Štěrbinové antény, mikropáskové antény patch antény, fraktálové antény 8. Řešení antén geometrickou optikou, plošné vyzařující struktury, trychtýřové antény 9. Reflektorové antény, anténní soustavy s více reflektory, anténní čočky a radomy 10. Frekvenčně širokopásmové antény, šroubovice, spirály, logaritmicko-periodické anténay 11. Konstrukce a technologie jednotlivých typů antén pro daná pásma a služby 12. Elektromagnetická interference, přenos rušení, druhy vazeb, odrušovací prvky, testování 13. Elektromagnetické stínění a jeho účinnost, složky útlumu stínění 14. Elektromagnetická odolnost a její testování Studijní literatura a studijní pomůcky 1. R. F. Harrington: Time-Harmonic Electromag. Fields. John Wiley and Sons,Inc., New York, 2001 2. M. N. O. Sadiku: Numerical Techniques in Electromagnetics with MATLAB.CRC Press, Taylor and Francis Group, New York, 2009 3. R. Garg: Analytical and Computational Methods in Electromag.. Artech House, London, 2008 4. N. Ida: Endineering Electromagnetics. Springer, USA, 2003 5. J. D. Kraus, D. A. Fleisch: Electromagnetics with Applications. McGraw-Hill Comp., NY, 1999 6. Balanis,A.,C.: Antenna Theory. John Wiley and Sons, Inc., New York, 2002 7. Paul,R.C.: Introduction to Electromagnetic Compatibility, John Wiley and Sons, NY, 1992 8. Svačina,J.: Elektromagnetická kompatibilita, VUTIUM 2001 9. Mazánek, M., Pechač, P., Vokurka, J.: Antény a šíření elektromag. skripta ČVUT, Praha 2007
Název studijního předmětu Mikroprocesory a mikropočítače (M-MAM Microprocessors & Microcomputers) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 1/2 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 4+2c kreditů 7 Způsob zakončení z, zk Forma výuky přednášky, semináře doc. Ing. Petr Skalický, CSc. Cílem předmětu je seznámit studenty s vlastnostmi mikroprocesorových systémů, naučit je používat interní periferie procesoru, připojit externí obvody ke sběrnici procesoru a realizovat rozšíření paměťového nebo vstupně/výstupního prostoru. Naučit studenty vytvořit jednoduché programy v jazyce symbolických adres, v jazyce C a kombinaci obou jazyků. Po absolvování předmětu by měl student umět navrhnout a zrealizovat jednodušší mikroprocesorový systém včetně připojení nezbytných periferií a realizace potřebného programového vybavení. 1. Obvodový řadič a jeho transformace na mikroprogramovatelný řadič, vznik adresového registru, programového čítače a registru mikroprogramu (zásobníku). Rozdíl mezi řadičem a mikroprocesorem. 2. Algoritmus mikroprocesoru a jeho komunikace s pamětmi a periferiemi. Uložení programu v programové paměti. Architektura klasického mikropočítače a jeho součásti (CPU, zápisníková paměť, ALU, dekodér instrukcí, řadič), paměť programu a dat, zásobník, vstupy a výstupy, přerušovací systém a sběrnice. 3. Vývoj a základní struktury mikroprocesorového systému, CISC, RISC, rozdělení procesorů. Architektury universálních, signálových (běžných i VLIW) a jednočipových procesorů. Uspořádání pamětí, přístup do adresových prostorů, šířka instrukční a datové sběrnice, ALU a registrů (střadače). 4. Používané paměti (volatelní a nevolatelní, ROM, RAM, RAM se zálohováním, EPROM, EEPROM, Flash, FRAM, PRAM), dynamické paměti a jejich časování a vlastnosti. Dvoufázový a čtyřfázový přístup procesoru k pamětem. Omezení doby přístupu do paměti. Vícekanálové paměti. 5. Programování procesoru, strojový kód (mikroinstrukce), asembler, asembler s aritmetickou knihovnou, kompilované jazyky (jazyk C, atd.), interpretované a multiplatformní jazyky (Java, atd.). 6. Fáze zpracování instrukce, zvyšování výpočetního výkonu procesorů, pipeline, výkonnost procesoru, cache. Principy SISD, SIMD, MIMD. Architektura super skalár. Rozklad do mikroinstrukcí. 7. Adresový a vstupně/výstupní prostor procesoru, připojení pamětí, časové parametry, přepínání pamětí, rekonfigurace systému za běhu, připojení programové a datové paměti převyšující přímý adresový prostor procesoru. 8. Připojení vnějších periferií, rozšíření vstupně/výstupního prostoru paralelními i sériovými obvody, připojení klávesnic a displejů. 9. Interní periferie jednočipových a signálových procesorů (obvody nulování, čítače/časovače, "watchdog", záchytný a komparační systém, PCA, PWM, A/D a D/A převodníky) 10. Přístrojové sběrnice (SPI, I2C, MicroWire, 1-Wire, CAN) 11. Komunikační sběrnice RS422, RS485, multiprocesorová komunikace 12. Synchronní a asynchronní sériová rozhraní, RS232, USB, IEEE-1394, PCI-e. Sběrnice pro vysoké datové toky. 13. Vývojové prostředky pro vývoj zařízení s mikroprocesorem (monitor, RTOS, multitasking), programování v reálném čase, stavové, událostní a modulární. Problematika přerušovacího systému, úlohy s velkým počtem přerušení. 14. Synchronizace procesů a vláken (semafor, kritická sekce, mutex), programování multiprocesorových systémů, paralelizace programu pro procesory s větším počtem aritmetických jednotek (softwarový pipeline). Predikce skoků a smyček, spekulativní vykonání, řízení spotřeby, dynamické řízení frekvence, zapínání jader 15.
Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Lala, K.: Principlesofmodern Digital Design, John Wiley, 2007 2. Navabi, Z.: EmbeddedCore Design withfpgas, Mc Graf Hill, 2007 3. Hamacher, C. and col.: ComputerOrganization and Embedded Systems, Mc Graf Hill, 2012 4. Predko, M.: Programming and Customizingthe 8051 Microcontroller, Mc Graf Hill, 1999 5. Gadre, D.:Programming and Customizingthe AVR Microcontroller, Mc Graf Hill, 2001 6. Skalický, P.: Mikroprocesory řady 8051, rozšířené vydání, 144 s., BEN, Praha, 2001 7. Skalický P.: Aplikace signálových procesorů, Vydavatelství ČVUT, Praha 2003, str.136 8. Gook M.: Hardwarová rozhraní Průvodce programátora, ComputerPress Brno, 2006, ISBN 80-251-1019-2 9. MessmerH.-P., Dembowski K.: Velká kniha hardware, CP Books, Brno, 2005, ISBN 80-251-0416-8
Název studijního předmětu CAD a numerické metody v RF návrhu (M-CAD CAD & Numerical Methods in RF Eng.) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 1/2 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 2+0 kreditů 3 Způsob zakončení kz Forma výuky přednášky doc. Ing. Josef Dobeš, CSc., prof. Ing. Zbyněk Škvor, CSc. Předmět seznámí studenty se základy počítačového návrhu vysokofrekvenčních a mikrovlnných obvodů a systémů. 1. Úvod. Algoritmy, jejich podmíněnost a numerická stabilita. 2. Analýza lineárních obvodů algoritmy vhodné pro obvody se soustředěnými/rozprostřenými parametry. 3. Citlivostní a toleranční analýza. 4. Metody ve frekvenční oblasti: Konečné diference, konečné prvky, Momentové metody 5. Metody v časové oblasti. FDTD, formulace, konvergence a stabilita, okrajové podmínky, numerická disperse. 6. Harmonická rovnováha a Volterrovy řady. 7. Modelování vf. prvků; model BJT (základní parametry, modifikovaný model Gummel-Poon, kvazisaturační modelování vf. tranzistorů, modelování zpoždění v mikrovlnných prvcích). 8. Modely tranzistorů MOSFET (obecný semiempirický model, základní vlastnosti modelů BSIM a EKV pro submikronové technologie, modely výkonových vf. prvků LDMOS) 9. Modely prvků JFET/MESFET/pHEMT/SiGe, (kmitočtová) disperze jejich parametrů a parametrů modelů vedení 10. Analýza nelineárních obvodů, základní vlastnosti algoritmů řešení systémů nelineárních algebrodiferenciálních rovnic, potlačení divergence. 11. Semisymbolická analýza, výpočet nul a pólů velkých soustav, využití řídkých matic, linearizace, užití Volterrových řad pro návrh směšovače 12. Vícekriteriální optimalizace, využití citlivostní analýzy v časové i frekvenční oblasti k optimalizaci. Šumová analýza s využitím citlivostní analýzy 13. Základy systémového návrhu a optimalizace. 14. Rezerva. Studijní literatura a studijní pomůcky 1. T.A. Fjedly, T. Ytterdal, M. Shur, Introduction to Device Modeling and Circuit Simulation, John Wiley & Sons, New York 1998. 2. Andrei Vladimirescu, The SPICE Book, Wiley 1993. 3. Y. Cheng and C. Hu, MOSFET Modeling & BSIM3 Users Guide, Kluwer Academic Publishers, Boston 1999. 4. S. Sedra, K. C. Smith: Microelectronic Circuits, Oxford University Press, 5th ed., 2003. 5. J. Dobeš, V. Žalud: Moderní radiotechnika, BEN - technická literatura, Praha 2006.
Název studijního předmětu Bezdrátové kanály a šíření vln (M-WCP Wireless Channels & Propagation) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 2/3 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 4+0 kreditů 5 Způsob zakončení z, zk Forma výuky přednášky prof. Ing. Pavel Pechač, Ph.D. Cílem předmětu je seznámit studenta s bezdrátovým přenosovým kanálem v reálném prostředí z hlediska šířená vln pro potřeby plánování pozemních i družicových bezdrátových spojů. Náplň zahrnuje jak hlubší teoretické základy šíření rádiových vln v atmosféře, tak praktické postupy návrhu pozemních i družicových, pevných i mobilních spojů v různých frekvenčních pásmech dle doporučení ITU-R. 1. Základy bezdrátových rádiových spojů, doporučení ITU-R 2. Fyzikální mechanizmy šíření elektromagnetických vln v atmosféře 3. Šíření přízemní prostorové vlny v troposféře 4. Odraz, rozptyl, refrakce, difrakce a disperze vlny v reálných prostředích 5. Pozemní směrové spoje 6. Návrh pozemního směrového spoje 7. Pozemní mobilní spoje 8. Plánování pokrytí pro pozemní mobilní systémy 9. Frekvenční plánování v buňkových sítích 10. Pevné družicové spoje 11. Šíření signálu pro mobilní družicové služby 12. Přízemní povrchová vlna, spoje v pásmu LF/MF 13. Šíření rádiových vln v ionosféře, spoje v pásmu HF 14. Troposférická vlna, softwarové nástroje pro plánování rádiových spojů a sítí Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Barclay L.W., Propagation of Radiowaves, 2nd edition, IEE, 2003. 2. Saunders, S., Aragon-Zavala, A., Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems, 2nd Edition, Wiley, 2007. 3. Freeman, R.L., Radio System Design for Telecommunications, 3rd Edition, Wiley, 2007. 4. ITU-R Recommendations P Series.
Název studijního předmětu Architektury přijímačů a vysílačů (M-ART Architectures of Rx/Tx Systems) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 2/3 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 4+0 kreditů 5 Způsob zakončení z, zk Forma výuky přednášky doc. Dr. Ing. Pavel Kovář, Ing. Štěpán Matějka, Ph.D. Předmět seznamuje studenty s problematikou moderní konstrukce rádiových vysílačů a přijímačů. Přednášky poskytují informace o funkci, architektuře a parametrech vysílačů a přijímačů. Absolvováním tohoto předmětu by studenti měli získat znalosti potřebné pro návrh, vývoj a testování rádiových vysílačů a přijímačů. 1. Základní stavební bloky vysílačů a přijímačů přehled. Filtry: technologie (LC, keramické, SAW, krystalové, dielektrické,, YIG), parametry; polyfázové filtry, přeladitelné filtry, 2. Syntéza kmitočtů: parametry oscilátorů (spektrální čistota, fázový šum, stabilita kmitočtu, ), syntezátory s celočíselným/neceločíselným dělicím poměrem, tvarování fázového šumu, nežádoucí produkty, DDS/NCO spektrální čistota. 3. Kmitočtová konverze, intermodulace na směšovači, reciproké směšování a postranní příjmy; speciality (IRM, kvadraturní modulátory/demodulátory). 4. DAC/ADC technologie vs. ENOB/FS, SFDR, jitter vzorkovacího signálu a jeho vliv na šumové poměry na výstupu AD převodníku. RF, IF, BB vzorkování. 5. Šum v přijímači: vnější a vnitřní šumy, šumová teplota, provozní/standardní šumový činitel/šumové číslo, šumová šířka pásma, míra šumu, jakostní číslo, šumové napětí/šumový proud vs. šumové číslo. 6. Kaskádní syntéza: odvození šumové teploty, zisku, IPx. Dynamický rozsah, dynamický rozsah bez produktů třetího řádu. 7. Parametry přijímačů citlivost, selektivita, postranní příjmy, intermodulační odolnost, parazitní vyzařování přijímače. S/N, C/N, BER: definice a měření. 8. Architektura rádiových přijímačů přijímač s přímým zesílením, (super-)regenerační přijímač, reflexní přijímač, superheterodynní přijímač s jedním a vícenásobným směšováním, přijímač s přímou konverzí do základního pásma, přijímač s nízkou mf., přijímač se širokopásmovou mf. 9. Návrh a optimalizace přijímačů (kmitočtový a úrovňový plán, AGC ). 10. Bloky číslicového zpracování signálu za/před modulátorem/demodulátorem. DUC, DDC provedení, systémy s více vzorkovacími rychlostmi. 11. Hardwarové rádio, softwarově definované rádio, adaptivní rádio, kognitivní rádio, inteligentní rádio. 12. Nelineární obvody jednotónový test (bod komprese), dvojtónový test (body zahrazení), multitónový test (A/ACPR), vliv nelineárních systémů na pásmově omezený signál, dynamický rozsah. 13. Výkonové zesilovače (PA) třídy, koncepce: modulace na nosné vlně, modulace na mf, koncové stupně pracující v pulsním režimu (PWM, PDM, D4M, ), paralelizace PA, příklady PA, korekce (linearizace) PA vysílače. 14. Parametry vysílačů EIRP, instalovaný (výstupní) výkon, celková účinnost vysílače, účinnost koncového stupně, PAE, saturační výkon, OBO, IBO, PAPR, PCCDF. Spektrální doména (nosný kmitočet, šířka kanálu, výkon v kanálu, šířka pásma). Modulační doména (I/Q defekty, MER, EVM, TEV, STEM, STED, Rho, ), časová doména (výkon vs. čas). Studijní literatura a studijní pomůcky 1. Rohde, U. L., Newkirk, D. P.: RF/Microwave Circuit Design for Wireless Application. John Wiley & Sons, Inc., New York, 2000. 2. Rohde, U. L., Whitaker, J.: Communications Receivers, Third Edition. McGraw Hill, New York, NY, 2001. 3. Cripps, S. C.: RF Power Amplifiers for Wireless Communications, Second Eddition. Artech House, Norwood MA, 2006. 4. Cripps, S. C.: Advanced Techniques in RF Power Amplifier Design. Artech House, Norwood MA, 2002.
Název studijního předmětu Laboratoř měření rádiových systémů (M-RML Radio Systems Measurement Lab) Typ předmětu povinný (RDE) doporučený ročník / semestr 2/3 Rozsah studijního předmětu 14 týdnů hod. za týden 0+4L kreditů 5 Způsob zakončení z Forma výuky laboratoř prof. Ing. Miloš Mazánek, CSc., prof. Ing. Pavel Pechač, Ph.D., doc. Dr. Ing. Pavel Kovář, Ing. Štěpán Matějka, Ph.D. Předmět s teoretickými závěry podpořenými experimentálně hodnotí systém jako celek. Vychází s teoretických předmětů zabývajících se dílčími bloky, z předmětů založených na experimentálních zkušenostech testování bloků a posuzuje výsledky architektonické struktury radiových systémů. Zahrnuje úlohy měření systémů vysokofrekvenční a mikrovlnné radioelektroniky, optických komunikaci a EMC včetně vlivu přenosu v řetězci: anténa volný prostor (skutečný) anténa. 1. Měření generátoru hodinových a harmonických signálů a. Parametry harmonických a hodinových signálů (kmitočtová stabilita, harmonické zkreslení, postranní složky, fázový šum, frequency pushing, frequency pulling, jitter, ) b. Studium chování syntezátoru kmitočtu (charakteristiky fázového a kmitočtově-fázového detektoru, přenos otevřené smyčky, ) 2. Měření mezifrekvenčních zesilovačů a výkonových zesilovačů (dynamický rozsah, řízení zisku, charakteristiky AGC, saturace, zkreslení, účinnost) 3. Studium metod kmitočtové konverze (směšovací tabulka, směšovač s potlačením zrcadlového kmitočtu (IMR), dynamický rozsah směšovače, ) 4. Měření subsystémů pro A/D a D/A převod (parametry ADC a DAC, digitalizace mezifrekvenčního signálu a signálu v základním pásmu, ) 5. Měření na modulátorech a demodulátorech a. Kmitočtová doména b. Časová doména c. Modulační doména 6. Měření rádiových přijímačů a. Kmitočtová doména (selektivita, úroveň postranních příjmů, intermodulační odolnost, ) b. Parametry v časové doméně a chování přijímače c. Modulační doména 7. Měření rádiových vysílačů a. Spektrální analýza (výkonové spektrum, nežádoucí harmonické a neharmonické produkty, vyzařování do sousedních kanálů, ) b. Parametry časové domény a chování vysílače v časové doméně c. Modulační doména 8. Měření a modelování šíření vln uvnitř budovy pro systémy mobilních spojů 9. Použití proti softwarového nástroje pro návrh bezdrátových spojů a experimentální ověření 10. Testování vlivu antény v reálném prostředí přenosového řetězce TX/RX na jeho vlastnosti 11. Měření systémových parametrů mw pojítka, RFID, tělových identifikačních systémů 12. Měření statistik příjmu bezdrátových optických spojů a jejich sítí ve volném prostoru. Měření systémových parametrů současných optických vláknových sítí 13. Měření rušivého elektromagnetického vyzařování RF systémů 14. Testování elektromagnetické imunity a stínění RF systémů Studijní literatura a studijní pomůcky