Última actualización: 06/05/2025 11:59:58


Curso Académico: 2025/2026

Diseño de subsistemas analógicos y digitales
(12414)
Máster Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos y Aplicaciones (Plan: 327 - Estudio: 304)
Escuela de Ingeniería y Ciencias Básicas


Coordinador/a: ENTRENA ARRONTES, LUIS ALFONSO

Departamento asignado a la asignatura: Departamento de Tecnología Electrónica

Tipo: Obligatoria
Créditos: 6.0 ECTS

Curso:
Cuatrimestre:




Objetivos
El objetivo de esta asignatura es profundizar en el diseño de subsistemas electrónicos analógicos y digitales, desde una visión de sistema, adquiriendo conocimientos teóricos acerca de los parámetros relevantes de operación y habilidades prácticas de diseño. Se estudiará la síntesis de alto nivel de circuitos digitales para el diseño de circuitos digitales complejos. En el ámbito analógico, se estudiarán subsistemas electrónicos analógicos complejos, como filtros activos, circuitos de capacidades conmutadas y topologías avanzadas de amplificadores circuitos de muestreo y retención. Esta parte se complementa con el estudio de los tipos de ruido electrónico, sus efectos sobre el funcionamiento de los circuitos estudiados y algunas técnicas de reducción y simulación de ruido
Resultados del proceso de formación y aprendizaje
Descripción de contenidos: Programa
Subsistemas digitales 1. Fundamentos del diseño en el Nivel de Transferencia entre Registros (RTL) 1.1. Sistemas digitales y niveles de abstracción 1.2. Estructura de un sistema digital en el nivel RT: ruta de datos y control 1.3. Arquitecturas de propósito general: el microprocesador 1.4. Arquitecturas de aplicación específica. Aceleración hardware 2. Evaluación y optimización del diseño (I) 2.1. Estimación del área 2.2. Estimación del retardo 2.2.1. Análisis y modelado del retardo 2.2.2. Restricciones temporales 2.2.3. Static Timing Analysis (STA) 2.3. Optimización del diseño en el nivel lógico para área y prestaciones 2.3.1. Optimización en el nivel lógico 2.3.2. Technology mapping 2.3.3. Estrategias de optimización 2.4. Optimización del diseño en el nivel RT para área y prestaciones 2.4.1. Implementación serie 2.4.2. Implementación paralela 2.4.3. Implementación segmentada 2.4.4. Retemporización 3. Síntesis de Alto Nivel (HLS) 3.1. Fundamentos de la Síntesis de Alto Nivel 3.2. Análisis de flujo de datos 3.3. Planificación (Scheduling) 3.3.1. Planificación con restricciones temporales 3.3.2. Planificación con recursos limitados 3.4. Asignación y vinculación de recursos (Allocation & Binding) 3.5. Rendimiento del sistema e interfaces 3.6. Ejemplos de aplicación 4. Evaluación y optimización del diseño (II) 4.1. Estimación del consumo 4.1.1. Análisis y modelado del consumo 4.1.2. Técnicas de estimación del consumo 4.2. Optimización del diseño para bajo consumo 4.2.1. Dynamic Voltage & Frequency Scaling (DVFS) 4.2.2. Arquitecturas DVFS 4.2.3. Técnicas de reducción del consumo al nivel RT y lógico 4.2.4. Inhibición del reloj (Clock gating) 4.2.5. Gestión dinámica del consumo 4.3. Consideraciones sobre el reloj 4.3.1. Generación del reloj: PLLs 4.3.2. Distribución del reloj 4.3.3. Interacción entre dominios de reloj. Metaestabilidad 5. Síntesis de Alto Nivel con Vivado HLS 5.1. Introducción 5.2. Creación de proyectos, validación y síntesis 5.3. Directivas de optimización 5.4. Bucles 5.4.1. Desenrollado de bucles 5.4.2. Segmentación de bucles 5.5. Vectores y matrices 5.6. Tipos de datos y precisión en bits 5.6.1. Tipos de datos de C/C++ 5.6.2. Tipos de datos con precisón en bits 5.6.3. Modos de cuantización y desbordamiento 5.6.4. Soporte a punto flotante 5.7. Optimización del uso de recursos 5.8. Interfaces 5.8.1. Señalización básica y handshaking 5.8.2. Protocolos de E/S con memorias: RAM y FIFO 5.8.3. Protocolos de E/S por bus 5.9. Ejemplos de aplicación Subsistemas analógicos 1. Introducción. 2. Filtros activos en tiempo continuo. 2.1. Conceptos básicos. Tipos de Filtros Electrónicos. 2.2. Síntesis de Filtros.. 2.3. Filtros de Primer Orden. 2.4. Filtros de Segundo Orden. 2.5. Aplicaciones y Ejemplos. 3. El ruido en los circuitos electrónicos 3.1. Introducción. 3.2. Señales Aleatorias en el Dominio del Tiempo. 3.3. Señales Aleatorias en el Dominio de la Frecuencia. 3.4. Tipos de ruido. 3.5. Modelado de ruido en componentes electrónicos. 3.6. Ruido muestreado. 4. Circuitos de muestreo y retención. Multiplexores analógicos 4.1. Problema a resolver. 4.2. Aspectos básicos de operación. 4.3. Implementación básica. 4.4. Inyección de carga. 4.5. Incertidumbre de apertura. 4.6. Circuitos prácticos y aplicaciones. 5. Circuitos de Capacidades Conmutadas 5.1. Elementos de un circuito de capacidades conmutadas 5.2. Integrador básico 5.3. Integrador insensible a capacidades parasitas con retardo 5.4. Integrador insensible a capacidades parasitas sin retardo 5.5. Sumadores y etapas de ganancia 5.6. Filtros de primer y segundo orden en tiempo discreto 6. Circuitos de conversión de datos 6.1. Ruido de cuantificador de un cuantificador uniforme 6.2. Parámetros estáticos de un conversor A/D y D/A, errores estáticos, INL y DNL. 6.3. Parámetros dinámicos. SNR, SNDR, SFDR, rango dinámico y ENOB. 6.4. Convertidores D/A por red de resistencias 6.5. Convertidores D/A con fuentes de corriente 6.6. Convertidores D/A con condensadores conmutados 6.7. Convertidores con redes R-2R 6.8. Convertidores A/D de integración (rampa, doble rampa) 6.9. Convertidores A/D de tipo aproximaciones sucesivas (SAR) 6.10. Convertidores A/D tipo pipe-line 6.11. Convertidores A/D tipo flash 7. Sobremuestreo y conformación de ruido 7.1. Concepto de sistemas sobremuestreados 7.2. Principio de conformación de ruido (Noise Shaping) 7.3. Moduladores sigma-delta de 1º y 2º orden 7.4. Implementación de conversores A/D sobremuesteados 7.5. Implementación de conversores D/A sobremuesteados 8. Circuitos de codificación temporal 8.1. Tipos de sintetizadores de frecuencia 8.2. Ecuaciones dinámicas de un bucle de control de fase (PLL) 8.3. Elementos de un PLL: Comparadores de fase, VCO tipo LC, divisores programables 8.4. Sintetizadores DDS 8.5. Osciladores en anillo. Conversores Tiempo a Digital (Time to Digital Converters) 8.6. Sintetizadores con PLL digitales
Actividades formativas, metodología a utilizar y régimen de tutorías
ACTIVIDADES FORMATIVAS Clase teórica Clases teórico prácticas Clases prácticas METODOLOGÍAS DOCENTES Exposiciones en clase del profesor con soporte de medios informáticos y audiovisuales, en las que se desarrollan los conceptos principales de la materia y se proporciona la bibliografía para complementar el aprendizaje de los alumnos. Resolución de casos prácticos, problemas, etc. planteados por el profesor y resueltos por el alumno de manera individual o en grupo con soporte de medios informáticos
Sistema de evaluación
  • Peso porcentual del Examen Final 40
  • Peso porcentual del resto de la evaluación 60

Calendario de Evaluación Continua


Bibliografía básica
  • A. Sedra. Microelectronic Circuits. Oxford Publishing. 1991
  • D. Gajski. Principios de Diseño Digital. Prentice Hall. 1996
  • D. Johns. Analog Integrated Circuit Design. J. Willey & Sons. 1997
  • M. Fingeroff. High-Level Synthesis Blue Book. Xlibris. 2010
  • . Vivado Design Suite User Guide. High-Level Synthesis. Xilinx. 2014

El programa de la asignatura podría sufrir alguna variación por causa de fuerza mayor debidamente justificada o por eventos académicos comunicados con antelación.