17992 - ELETTRONICA L

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di illustrare i dispositivi e i circuiti elettronici, sia analogici che digitali, e di introdurne le relative metodologie di progettazione. In particolare si intende fornire le conoscenze di base sui circuiti e sui dispositivi utilizzati per la progettazione di sistemi elettronici e di illustrarne le possibilità di implementazione mediante le più moderne tecnologie a semiconduttori. Il corso si propone inoltre di introdurre alcuni concetti fondamentali di reti logiche, propedeutici alla comprensione del funzionamento dei moderni sistemi di elaborazione digitale e di calcolo numerico.

Programma/Contenuti

Introduzione al corso

• Sviluppo dell'elettronica (cenni storici)
• Prospettive future

Premesse

• Segnali analogici e digitali
• Blocchi lineari
• Blocchi non lineari

Amplificatori

• Amplificatori differenziali
• Amplificatori operazionali ideali
• Amplificatore invertente e non invertente
• Inseguitore di tensione
• Amplificatore sommatore e differenza
• Integratore
• Amplificatore differenza

Elementi di reti logiche

• Modello a scatola nera
• Segnali binari
• Configurazioni binarie
• Convertitori serie/parallelo
• Numeri binari
• Conversione decimale/binario
• Reti Combinatorie
• Algebra di Boole
• Leggi di De Morgan
• Decodificatore, multiplexer
• Half adder, Full adder, Addizionatori
• Flip-flop

Elementi di fisica dei dispositivi

• Classificazione elettrica dei materiali
• Struttura monocristallina del silicio
• Drogaggio
• Giunzione p-n

Diodo a giunzione

• Condensatore MOS
• Struttura fisica
• Funzionamento
• Caratteristica tensione-corrente
• Effetto body

Transistore MOS

• Regioni di funzionamento
• Transistori nMOS e pMOS
• Transistore a svuotamento
• Caratteristiche tensione-corrente
• Dipendenza della tensione di soglia dalla temperatura
• Simmetria
• Occupazione d'area e velocità
• Capacità interne: capacità di gate e capacità di diffusione

Cenni alla tecnologia CMOS

• Ossidazione: Chemical Vapor Deposition
• Epitassia
• Fotolitografia
• Diffusione
• Impianto ionico
• Processi CMOS nwell e twin well

Invertitore CMOS

• Principio di funzionamento
• Caratteristica ingresso-uscita
• Margine di immunità ai disturbi
• Swing logico
• Soglia logica
• Dissipazione di potenza statica e dinamica
• Tempi di salita e di discesa

Circuiti CMOS

• Vantaggi tecnologia CMOS
• Invertitore Tri-state
• Invertitore a Pass transistor
• Transfer gate CMOS: multiplexer
• Connessioni in serie/parallelo
• Fenomeni di ridistribuzione di carica
• Effetto body: impatto sulle prestazioni; strategie di progetto per limitare tale impatto

Logiche CMOS

• Progetto di gate FCMOS
• Logica pseudo nMOS: confronto con logica FCMOS
• Logiche CMOS dinamiche e loro collegamento in cascata: logiche domino
• Confronto logiche Domino e FCMOS
• Logiche C2MOS (Clocked CMOS) e confronto tra i vari tipi di logica
• Logica a pass-transistor

Testi/Bibliografia

• J. Millman, M. Grabel, P. Terreni, Elettronica di Millman, McGraw Hill.
• P. U. Calzolari, S. Graffi, Elementi di Elettronica, Zanichelli.
• Sedra, Smith, Microelectronic Circuits.
• N. Weste, K. Eshraghian, Principles of CMOS VLSI Design, Addison-Wesley, 1992.
• J. Rabaey, Digital Integrated Circuits –A Design Perspective, Prentice-Hall 1995.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Le esercitazioni consisteranno nella analisi e sintesi di circuiti elettronici elementari. Lo scopo è quello di fornire agli studenti la possibilità di saper analizzare e progettare in autonomia semplici circuiti per la elaborazione di segnali elettrici.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova di accertamento è scritta. Si richiede l'analisi e/o la sintesi di un circuito elettronico, di complessità paragonabile agli schemi presi in considerazione durante le esercitazioni in aula. L'esercizio è mirato a verificare la capacità dello studente di utilizzare a fini pratici le conoscenze teoriche acquisite. La prova può anche comprendere domande che tendono ad accertare la conoscenza degli argomenti di teoria svolti durante il corso.

Strumenti a supporto della didattica

Appunti del corso.

Lingua di insegnamento

Italiano.

Orario di ricevimento

Martedì 12-13 oppure ricevimento su appuntamento.