Diseño de Circuitos Electrónicos para Comunicaciones

Transcripción

1 Diseño de Circuitos Electrónicos para Comunicaciones Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación Universidad de Alcalá Curso Académico 2017/2018 Curso 2º Cuatrimestre 1º

2 GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Diseño de Circuitos Electrónicos para Comunicaciones Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: Obligatoria Créditos ECTS: 6 Curso y cuatrimestre: 2º / 1er C. Profesorado: Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación Electrónica / Tecnología Electrónica Consultar Consultar Español 2

3 1 PRESENTACIÓN La asignatura de Diseño de Circuitos Electrónicos para Comunicaciones pretende proporcionar al alumno conocimientos sobre metodologías y herramientas para el codiseño de sistemas HW/SW empleando lenguajes de alto nivel. El objetivo final será que el alumno sea capaz de diseñar, probar e implementar un sistema de comunicaciones en una placa electrónica. Asumiendo que el alumno posee conocimientos sobre la realización de un sistema hardware, la programación de un procesador y la simulación de algoritmos de comunicación y teoría de señales, se le proporciona en la asignatura con una metodología y técnicas que le permitan implementar el sistema en un tiempo reducido con elevadas prestaciones y eligiendo de entre diferentes alternativas la que más interesa en cuanto a las especificaciones del sistema. La asignatura tiene un fuerte componente práctico dado que las explicaciones de teoría son seguidas de pruebas en simulación terminando con la implementación real en un sistema de hardware reconfigurable. Las herramientas de desarrollo permiten al alumno tener un alto grado de conocimiento del resultado final del sistema. En el laboratorio se prueban diseños reales en una placa de evaluación sistema-on-chip de hardware/software reconfigurable. Se utilizará el Aula Virtual (plataforma Blackboard) como herramienta de comunicación entre alumno-profesor y para colgar materiales docentes, tareas y ejercicios de evaluación, en su caso. Es imprescindible que el alumno tenga actualizado su correo y fotografía en la plataforma virtual para el seguimiento de las actividades de evaluación continua. 3

4 2 COURSE SUMMARY The course Electronic Circuits Design for Communications aims to provide students knowledge on methodologies and tools for the HW/SW co-design of systems by using high-level languages. The last goal is that the student is able to design, test and implement communication electronic systems. Assuming that the student has previous backgrounds about the performance of a hardware system, programming a processor and simulation of communication algorithms and theory of signals, this course provides methodologies and techniques that allow them to implement high-performance systems in a short time and based on the different available technological solutions. The course has a strong practical component since theoretical explanations are supported by simulations and real implementations in configurable hardware systems. The development tools allow students to have a high degree of knowledge about the final resulting system. In the laboratory designs are experimentally tested on an evaluation System-on-Chip (SoC) board. Virtual Classroom (Blackboard platform) is used as tool for student-teacher communication and as repository for the different teaching materials and tasks. Students have to update Blackboard with a recent photograph and a valid . This is essential for the realization of continuous evaluation activities. 4

5 3 COMPETENCIAS Competencias básicas, generales y transversales. Esta asignatura contribuye a adquirir las competencias básicas, generales y transversales CB6, CB7, CB8, CB9, CB10, CG1-6, CT1-5 definidas en el apartado 3 del plan de estudios. Competencias de Carácter Profesional Esta asignatura proporciona las siguientes competencias de carácter profesional definidas en el apartado 5 del Anexo de la Orden CIN/355/2009: Acrónimo CTecTel10 CTecTel11 CTecTel12 CTecTel13 CGestion1 Competencias Capacidad para diseñar y fabricar circuitos integrados. Conocimiento de los lenguajes de descripción hardware para circuitos de alta complejidad Capacidad para utilizar dispositivos lógicos programables, así como para diseñar sistemas electrónicos avanzados, tanto analógicos como digitales. Capacidad para diseñar componentes de comunicaciones como por ejemplo encaminadores, conmutadores, concentradores, emisores y receptores en diferentes bandas Capacidad para la integración de tecnologías y sistemas propios de la Ingeniería de Telecomunicación, con carácter generalista, y en contextos más amplios y multidisciplinares como por ejemplo en bioingeniería, conversión fotovoltaica, nanotecnología, telemedicina. 3.1 Resultados de aprendizaje Al terminar con éxito esta asignatura/enseñanza, los estudiantes serán capaces de: RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 Realizar el diseño de proyectos completos, pruebas y puesta a punto de equipos y sistemas electrónicos HW/SW avanzados, de control y comunicaciones Diseñar e implementar sistemas electrónicos para comunicaciones usando técnicas de segmentación y selección de la precisión del cómputo aritmético Conocimiento y aplicación de lenguajes de alto nivel para la descripción de hardware en dispositivos programables Capacidad de análisis y diseño de circuitos de generación/procesamiento de la señal de reloj mediante osciladores/plls Capacidad de análisis de las metodologías de codiseño HW/SW de circuitos electrónicos reconfigurables para comunicaciones. 5

6 4 CONTENIDOS Bloques de contenido Horas presenciales T0. Introducción a la asignatura 2 (2 Teoría) T1. Tecnologías, metodologías y herramientas de diseño electrónico para comunicaciones. Primitivas tecnológicas de las alternativas tecnológicas (dispositivos lógicos programables, FPGA). Revisión del diseño HW T2. Diseño de sistemas digitales de alta velocidad. Distribución de reloj y segmentación de arquitecturas. Comunicaciones de alta velocidad. Circuitos aritméticos para procesamiento digital de señal. Sistemas de numeración en diseño electrónicos sobre dispositivos lógicos programables. T3. Diseño mixto (analógico-digital) para comunicaciones. Subsistemas de telecomunicación. Osciladores y NCOs. T4. Co-diseño Hardware-Software. Diseño e implementación de subsistemas de comunicación en dispositivos reconfigurables System-on-Chip (SoC). 10 (4 Teoría, 6 Lab.) 18 (8 Teoría, 10 Lab) 6 (4 Teoría, 2 Lab) 18 (6 Teoría, 12 Lab) TOTAL 54 horas 6

7 5 METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE- ACTIVIDADES FORMATIVAS 5.1 Distribución de créditos (especificar en horas) Número de horas presenciales: Número de horas del trabajo propio del estudiante: Total horas Total ECTS 6 58 horas (54 de clase y 4 de evaluación) 92 horas 150 horas 5.2 Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos En el proceso de enseñanza-aprendizaje se realizarán las siguientes actividades formativas: Clases teóricas basadas en clases expositivas que permitan al docente introducir los conocimientos necesarios para el correcto desarrollo del proceso de aprendizaje. Estas clases presentarán contenidos imprescindibles objeto de un aprendizaje conceptual razonado que sirva posteriormente para desarrollar competencias más amplias. Adicionalmente se buscará la participación activa del alumno en las distintas actividades planteadas en la clase. Clases prácticas de laboratorio. Se realizarán distintas prácticas coordinadamente con la impartición de los conceptos teóricos, de manera que el alumno pueda consolidar experimentalmente los conocimientos adquiridos, tanto individualmente como en grupo. A lo largo del curso al alumno se le irán proponiendo actividades y tareas tanto teóricas como prácticas. Se realizarán distintas prácticas coordinadamente con la impartición de los conceptos teóricos, de manera que el alumno pueda experimentar tanto individualmente como en grupo, consolidando así los conceptos adquiridos. Para la realización de las prácticas, el alumno dispondrá en el laboratorio de un puesto con instrumental básico (osciloscopio, fuente de alimentación, generador de señal), sistema hardware de pruebas necesario así como un ordenador con software de diseño y simulación adecuado. Las prácticas de laboratorio se realizarán en grupos como máximo de 2 alumnos. Además se podrán utilizar, entre otros, los siguientes recursos complementarios: Trabajos individuales o en grupo: que podría suponer, además de su realización, la correspondiente exposición pública ante el resto de compañeros para propiciar el debate. Asistencia a conferencias, reuniones o discusiones científicas relacionadas con la materia. Durante todo el proceso de aprendizaje en la asignatura, el alumno deberá hacer uso de distintas fuentes y recursos bibliográficos o electrónicos, de manera que se 7

8 familiarice con los entornos de documentación que en un futuro utilizará profesionalmente. Además, el profesorado facilitará los materiales necesarios para el seguimiento de la asignatura (fundamentos teóricos, ejercicios y problemas, manuales de prácticas, referencias audiovisuales, etc.) de manera que el alumno pueda cumplir con los objetivos de la asignatura, así como alcanzar las competencias previstas. El alumno dispondrá a lo largo del cuatrimestre de tutorías grupales (si son solicitadas por los propios alumnos) e individuales. Ya sea de manera individual o en grupos reducidos, estas tutorías permitirán resolver las dudas y afianzar los conocimientos adquiridos. Además, ayudarán a realizar un adecuado seguimiento de los alumnos y a evaluar el buen funcionamiento de los mecanismos de enseñanzaaprendizaje. 8

9 6 EVALUACIÓN 6.1 Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación Preferentemente se ofrecerá a los alumnos un sistema de evaluación continua que tenga características de evaluación formativa, de manera que sirva de realimentación en el proceso de enseñanza-aprendizaje por parte del alumno. Para ello se establecen los siguientes procedimientos y criterios. 6.2 Procedimientos de Evaluación Convocatoria Ordinaria: La evaluación en la convocatoria ordinaria debe estar inspirada en los criterios de evaluación continua (Normativa de Regulación de los Procesos de Enseñanza Aprendizaje, NRPEA, art 3), atendiendo siempre a la adquisición de las competencias especificadas en la asignatura 1. Evaluación Continua: Consistente en el seguimiento de la asignatura mediante la propuesta de actividades a realizar antes de las sesiones presenciales, cuestiones en clase y foros de la plataforma virtual, la realización y superación de las prácticas propuestas para las sesiones de laboratorio, la realización y superación de las pruebas de evaluación intermedia y final. Las entregas de la asignatura se realizarán a lo largo del cuatrimestre con un calendario proporcionado al inicio del mismo. 2. Evaluación Final: Consistirá en la realización y superación de dos entregas de laboratorio, trabajo de la asignatura y prueba de evaluación final. Convocatoria Extraordinaria: 1. Consistirá en la realización y superación prueba de evaluación final, pudiendo el alumno realizar nuevas entregas de laboratorio si desea subir dichas calificaciones. 6.3 Criterios de Evaluación Los Criterios de Evaluación deben atender al grado de adquisición de las competencias por parte del estudiante. Para ello se definen los siguientes. EV1: El alumno conoce las alternativas tecnológicas, la metodología y las herramientas necesarias para realizar un diseño electrónico hardware/software. EV2: El alumno ha adquirido conocimientos técnicos sobre sistemas digitales de alta velocidad, subcircuitos aritméticos y procesamiento segmentado. EV3: El alumno ha adquirido conocimientos técnicos sobre lenguajes de alto nivel para la descripción de circuitos hardware/software. EV4: El alumno muestra capacidad e iniciativa a la hora de resolver problemas prácticos asociados al diseño de circuitos electrónicos para comunicaciones. 9

10 EV5: El alumno puede realizar un diseño completo electrónico mediante codiseño HW/SW sobre sistemas on chip en dispositivos reconfigurables. 6.4 Instrumentos de calificación En esta sección se especifican los instrumentos de calificación que serán aplicados a los diferentes criterios de evaluación descritos anteriormente: 1. Evaluación continua (EC) del seguimiento de la asignatura mediante la solicitud de comentarios críticos de lecturas y video conferencias así como su participación en las clases carácter presencial y en los foros de la plataforma virtual. 2. Entregables de prácticas de laboratorio (E1 a E4): 2.1. En el entregable E1 el alumno deberá realizar un sistema de generación de señales en hardware reconfigurable como revisión y puesta en común de los conocimientos necesarios para abordar la asignatura En el entregable E2 el alumno deberá realizar diseños aritméticos descritos en lenguaje de alto nivel En el entregable E3 el alumno será capaz de probar circuitos PLL y DCM para la gestión de señales de reloj, comunicación de datos y sincronización de sistemas En el entregable E4 el alumno resolverá los aspectos prácticos de la implementación de un sistema-on-chip en una placa de hardware reconfigurable. 3. Trabajo de la asignatura (TA): Consistente en la revisión de un problema de diseño HW/SW en sistemas electrónicos de comunicaciones, analizando alternativas y proponiendo un circuito para su diseño. 4. Prueba Examen Final (PEF): Consistente en la resolución de problemas prácticos de diseño y síntesis de circuitos electrónicos así como preguntas teóricas de los bloques de contenido de la asignatura. 10

11 6.5 Criterios de Calificación Esta sección cuantifica los criterios de evaluación para superar la asignatura Convocatoria Ordinaria, Evaluación Continua En la convocatoria ordinaria evaluación continua la relación entre los criterios, instrumentos y peso en la calificación viene dada en la siguiente tabla. Competencia CG-1/2/3 CB-8/9/10 CTecTel-11/12 CB-6/7/8/9/10 CG1-6 / CT1-5 CTecTel-10/11/12/13 CB-9/10 CG1-6 / CT1-5 CTecTel-11/12/13 CB-7 / CG-1 CTecTel-11/12/13 Resultado Aprendiz. RA- 1/2/3/4/5 Criterio de Evaluación Instrumento Evaluación Peso en la calificación EV-1/2/3 EC 10% RA-1 EV-1/4 E1 15% RA-2/3 EV-2/3/4 E2 15% RA-4 EV-1/4 E3 10% RA-3/5 EV-1/5 E4 15% RA-2/3/4 EV-1/2/3 TA 10% RA-1/2/3/4 EV-1/2/3 PEF 25% Es requisito para la superación de la asignatura obtener de media una nota 50% sobre 100% puntos evaluados, que en las entregas de laboratorio se tenga una nota 40% en cada una de las prácticas a entregar y que la asistencia a clase sea 75% de horas presenciales Convocatoria Ordinaria - Evaluación Final Competencia Resultado Aprendiz. Criterio de Evaluación Instrumento Evaluación Peso en la calificación CB-6/7/8/9/10 CG1-6 / CT1-5 CTecTel-10/11/12/13 CB-9/10 CG-1/2/3 CTecTel11/12/13 CB-7 / CG-1 CTecTel-11/12/13 RA-2/3 EV-2/3/4 E2 25% RA-3/5 EV-1/5 E4 25% RA-2/3/4 EV-1/2/3 TA 15% RA-1/2/3/4 EV-1/2/3 PEF 35% 11

12 6.5.3 Convocatoria Extraordinaria Competencia CB-7 / CG-1 CTecTel-11/12/13 Resultado Aprendizaje Criterio de Evaluación Instrumento Evaluación Peso en la calificación RA-1/2/3/4 EV-1/2/3 PEF 40% El alumno puede realizar nuevas entregas de laboratorio si desea subir dichas calificaciones (que en total representarán el 60% de la nota restante). 7 BIBLIOGRAFÍA 7.1 Bibliografía recomendada Documentación explícitamente preparada por el profesorado para la asignatura, que será proporcionada a los alumnos de manera directa, o con su publicación en la plataforma virtual de la asignatura. Páginas web sobre la temática de la asignatura que serán previamente seleccionadas por el profesorado. J. M. Rabaey. Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, 2nd Edition. Ed. Prentice-Hall, Fernando Pardo y José A. Boluda. VHDL. Lenguaje para síntesis y modelado de circuitos. Ed. RAMA N. Jha y S. Gupta. Testing of digital systems, Ed. Cambridge University Press, Semiconductor Devices (Physics and Technology) S.M. Sze, Ed. Wiley, 1st Edition, (1985) y 2nd Edition (2002) Julián Pedro. Circuitos Integrados Digitales Cmos: Análisis Y Diseño Editorial: MARCOMBO, S.A. ISBN: (2015) Sanjay Churiwala. Designing with Xilinx FPGAs Using Vivado. ISBN: (2017) 7.2 Bibliografía complementaria S. Alonso, E. Soto y S. Fernández. Diseño de Sistemas Digitales con VHDL, Ed. Thomson, T. H. Lee. The design of CMOS Radio-frequency Integrated Circuits, Cambridge University Press, Cambridge, D. Johns y K. Martin. Analog Integrated Circuit Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, Peter J. Ashenden & Jim Lewis. The designer s guide to VHDL, Third edition, Ed Published by Morgan Kaufmann Publishers. Pong P. Chu. RTL Hardware Design Using VHDL Published by John Wiley & Sons J. P. Deschamps. Síntesis de circuitos digitales, Ed. Thomson, P. J. Ashender. The VHDL Cookbook, University of Adelaida,

13 U. Meyer-Baese. Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays, Springer, Kenneth R. Laker and Willy M.C. Sansen. Design of analog integrated circuits and systems S. Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits, 2nd Edition, McGraw-Hill,