Electrical Engineering IV: Digital Techniques and Circuit Simulation
Elektrotechnik IV: Digitaltechnik und Schaltungssimulation
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Prerequisites
Recommended, as written
Kenntnisse: • Modul 33102 Elektrotechnik I: Gleichstromtechnik und Felder • Modul 33103 Elektrotechnik II: Wechselstromtechnik • Modul 33202 Elektrotechnik III: Analogtechnik
Contents
Digitaltechnik: • Boolsche Algebra • Grundgatter, komplexe Gatter • Normalform • Karnaugh Diagramm und Logik Minimierung • Beispiele für Kombinatorische Schaltungen • Dynamisches Verhalten kombinatorischer Schaltungen • Grundlagen sequentieller Schaltungen • Automaten (Moore, Mealy, Zustandsdiagramme) • Speicherelemente Flip-Flop, Multiplexer-basierte Register und Latches, Pegel und Taktflankensteuerung • Timing in sequentiellen Schaltungen (Setup- und Hold Time) • Beispiele für sequentielle Schaltungen (Zähler, synchron, asynchron) • Grundlagen von digitalen Tabellen-Speichern (RAM, statisch und dynamisch, EEPROM-Zelle, Organisation von Speichern, NOR- und NAND-Flash-Speicher Technologien Schaltungssimulation mit SPICE: • Funktionsweise des Schaltungssimulators basierend auf der modifizierten Knotenanalyse • Newton Algorithmus, Jakobi-Matrix • Funktionsweise der DC-Simulation und DC-Arbeitspunkt • Funktionsweise der AC-Simulation, AC-Anregung und Interpretation der Simulationsergebnisse • Funktionsweise der Transientensimulation, Parameter, die Simulationsgeschwindigkeit, Konvergenz und Rechengenauigkeit beeinflussen
Learning outcomes
• Die Studierenden können digitale kombinatorische und sequentielle Schaltungen verstehen und entwerfen. Sie kennen die zugrundeliegenden Schaltungstechnologien, deren Funktionsweise und Eigenschaften. • Die Studierenden können grundlegende Schaltungen, die sie im Rahmen der Elektrotechnik 1 bis 4 kennen lernen, mit einem Schaltungssimulator, der auf SPICE basiert, analysieren.
Assessment
Voraussetzung für die Modulabschlussprüfung: • erfolgreiche Bearbeitung von ÜbungsaufgabenModulabschlussprüfung: • Klausur, 120 min.
Literature (4)
- Vorlesungsskript ET 4, BTU, LS Mikroelektronik
- Software und Simulationsbeispiele auf der Webseite der BTU zum Download
- Digital Integrated Circuits, A Design Perspective, 2nd Edition, by Jan M. Rabaey, A. Chandrakasan and B. Nikolic, Prentice Hall Electronics and VLSI Series, 2003
- Hinweise zur Verwendung von LT-Spice im Internet: http://cmosedu.com/cmos1/ltspice/ltspice.htm
Remarks
Für das Praktikum wird der kostenlose Schaltungssimulator LT-Spice (Switcher-CAD) der Fa. Linear Technologie verwendet. Der Simulator läuft problemlos auf allen Windows-Rechner und unterliegt keinen Begrenzungen bezüglich Knoten oder Elementen. Als Transistorparameter werden die Modelle der 65nm CMOS Technologie der Fa. IBM verwendet. Die Versuche des Praktikums können daher auch selbstständig durchgeführt werden.
Source: BTU's module description · retrieved 16 Oct 2026Original