Complementos de Eletrónica
Áreas Científicas |
Classificação |
Área Científica |
OFICIAL |
Ciências de Engenharia |
Ocorrência: 2022/2023 - 1S ![Requerida a integração com o Moodle Ícone do Moodle](/feup/pt/imagens/MoodleIcon)
Ciclos de Estudo/Cursos
Língua de trabalho
Português - Suitable for English-speaking students
Objetivos
Os estudantes complementarão os conhecimentos no domínio dos dispositivos semicondutores previamente adquiridos, com o estudo da física e dos modelos de dispositivos eletrónicos ativos, de modo a melhor conhecerem as potencialidades e limitações das tecnologias com que um engenheiro tem de lidar no projeto de microssistemas biomédicos. Após revisão das características funcionais e das metodologias de análise e projeto de células fundamentais de circuitos analógicos e mistos, os estudantes adquirirão conhecimentos e as competências essenciais para analisarem e projetarem circuitos de captura, processamento, condicionamento e geração de sinais em sistemas para aplicações da eletrónica médica.
Resultados de aprendizagem e competências
Tendo os estudantes adquirido previamente conhecimentos básicos em circuitos analógicos e digitais, e experiência na aquisição e processamento de sinais fisiológicos usando instrumentação e ferramentas computacionais dedicadas, os conteúdos desta unidade curricular permitem completar o conhecimento no âmbito do projeto de circuitos eletrónicos de amplificação e processamento de sinais. Sendo o tratamento destes conteúdos feito ao nível do transístor e sendo estudados processos de prototipagem de circuitos eletrónicos, são reunidas as condições para que o estudante possa assumir o projeto e a caracterização de microssistemas biomédicos a um nível mais avançado.
Modo de trabalho
B-learning
Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)
Conhecimentos de análise de circuitos, teoria do sinal e dos sistemas. Análise de circuitos com transístores bipolares e MOS. Frequência prévia de unidades curriculares introdutórias à teoria do sinal, eletrónica básica, e instrumentação biomédica.
Programa
- Revisão de conceitos de física do estado sólido e dos modelos para baixas e altas frequências de dispositivos semicondutores: díodo de junção PN; transístor de efeito de campo em tecnologia MOS.
- Revisão de conceitos de realimentação, resposta em frequência e estabilidade de amplificadores.
- Circuitos osciladores: princípios fundamentais dos circuitos osciladores harmónicos; topologias de circuitos osciladores; circuitos multivibradores: monoestáveis, biestáveis, e astáveis.
- Modulação e desmodulação de sinais bioelétricos: modulação e deteção em fase e em frequência. Malha de sintonia de fase (Phase-Locked Loop), Amplificador lock-in.
- Casos de estudo: por exemplo, circuitos MOS de baixo consumo para captura de sinais vitais; implantes para estimulação nervosa; aplicações de eletrónica neuromórfica e sistemas biomiméticos; exemplos de electrocêuticos.
Bibliografia Obrigatória
Baker R. Jacob;
CMOS circuit design, layout, and simulation. ISBN: 0-7803-3416-7
Robert B. Northrop;
Analysis and application of analog electronic circuits to biomedical instrumentation, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2012. ISBN: 13: 978-1439866696
Bibliografia Complementar
Iniewski Krzysztof 340;
VLSI circuits for biomedical applications. ISBN: 978-1-59693-317-0
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
A metodologia a seguir é a de complementar o estudo teórico com a abordagem laboratorial de modo a completar o ciclo especificação, projeto e análise funcional, desenho físico e otimização dos circuitos. Nas aulas teóricas é apresentada a matéria com referência aos elementos de estudo adotados. São ainda analisados exemplos e resolvidos problemas. Nas aulas laboratoriais serão efetuados trabalhos de bancada envolvendo simulação, com ferramentas CAD, e experimentação. Os primeiros trabalhos serão de caráter tutorial de modo a promover a aprendizagem dos tópicos lecionados, sendo adotada progressivamente uma abordagem que apele à capacidade de projeto autónomo por parte do estudante. O trabalho final será de projeto de um circuito a partir de um conjunto de especificações que contemplam requisitos comuns em microssistemas biomédicos.
As aulas teóricas serão dedicadas à exposição dos diversos conteúdos procurando em cada tópico relacionar os circuitos eletrónicos tratados com as suas versões e características no campo específico dos sistemas biomédicos. Nas aulas finais dedicadas ao estudo de casos particulares, cada grupo terá a seu cargo a preparação do estudo e apresentação na aula do caso que lhe for atribuído.
Os trabalhos laboratoriais serão realizados por grupos de dois estudantes de forma a estimular a cooperação no estudo, análise e realização em equipa. Os trabalhos são desenhados de modo a que a apresentação dos diferentes tópicos nas aulas teóricas seja complementada com a simulação e verificação experimental. Para cada trabalho deverá ser escrito um pequeno relatório onde se responda às questões levantadas e onde se apresente a análise crítica dos resultados obtidos.
No trabalho final de projeto cada grupo terá de recorrer a uma revisão de literatura de modo a obter a melhor solução para satisfazer as especificações do problema apresentado e terá de preparar, para além do relatório, a apresentação oral a ser feita em sessão dedicada, de todo o trabalho realizado e dos resultados obtidos.
Tipo de avaliação
Avaliação distribuída com exame final
Componentes de Avaliação
Designação |
Peso (%) |
Exame |
40,00 |
Participação presencial |
20,00 |
Trabalho laboratorial |
40,00 |
Total: |
100,00 |
Componentes de Ocupação
Designação |
Tempo (Horas) |
Estudo autónomo |
50,00 |
Frequência das aulas |
59,00 |
Trabalho laboratorial |
53,00 |
Total: |
162,00 |
Obtenção de frequência
A componente de avaliação contínua baseia-se no contacto individual com os estudantes nas aulas laboratoriais e na avaliação dos trabalhos práticos realizados. A média ponderada da componente laboratorial está limitada inferiormente a 8,0/20 valores como condição para a obtenção de frequência, estando automaticamente vedado o acesso ao exame final se tal objetivo não for cumprido. As aulas laboratoriais são de frequência obrigatória estando sujeita à legislação no que toca ao número máximo de faltas admissível.
Todos os estudsantes estão sujeitos a este procedimento, incluindo aqueles com estatuto especial (TE, DA,…). Situações de incompatibilidade serão analisadas e, caso se justifique, serão equacionadas soluções que minimizem a perturbação do processo aqui descrito.
Fórmula de cálculo da classificação final
Nota Final = 60% *Componente Frequência + 40% *Exame, com a condição de a nota de Exame ser igual ou superior a 8,0 valores, e a Nota Final ser igual ou superior a 9,5 valores.
A avaliação distribuída compreende as avaliações da assiduidade e atitude pessoal na realização dos trabalhos práticos (30%), e a da qualidade dos resultados e relatórios apresentados (70%).
Os estudantres que tenham obtido 8 ou mais valores na componente Frequência em anos anteriores, podem manter essa avaliação sem necessitar de frequentar as aulas práticas. A nota final é calculada como indicado no ponto anterior.
Provas e trabalhos especiais
Todos os estudantes deverão cumprir, na íntegra e objetivamente, todos os requisitos da avaliação, não estando previstos, à priori, outros critérios para situações extraordinárias. No entanto, a surgirem, serão objeto de análise pontual.
Trabalho de estágio/projeto
Realização de um pequeno trabalho de projeto no último terço do período letivo.
Avaliação especial (TE, DA, ...)
Todos os estudantes deverão cumprir, na íntegra e objetivamente, todos os requisitos da avaliação, não estando previstos, à priori, outros critérios para situações extraordinárias. No entanto, a surgirem, serão objeto de análise pontual.
Melhoria de classificação
1. Classificação final: exame.
2. Classificação distribuída (em ano seguinte): a avaliar individualmente atendendo às componentes já realizadas.