Obiettivi Formativi

MOD. Elettronica dei sistemi digitali: Comprendere i concetti fondamentali per la realizzazione di circuiti elettronici che possano svolgere funzioni logiche nella prospettiva del progetto full custom di un dispositivo digitale. MOD. Elettronica II: Fornire allo studente una conoscenza approfondita degli amplificatori operazionali e delle loro applicazioni (lineari e non lineari) fondamentali.

Learning Goals

MOD. Digital systems electronics: provide students with fundamental concepts for the realization of electronic circuits for the implementation of logic functions in the perspective of the full custom design of a complex digital system. MOD. Electronics II: students with skills about operational amplifiers and their fundamental (linear and non-linear)applications.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni.

Teaching Methods

Lessons and exercises.

Prerequisiti

Conoscenza di: BJT, MOSFET, Diodi, teoria dei circuiti.

Prerequisites

Expertise in: BJT, MOSFET, Diode, circuit theory.

Verifiche dell'apprendimento

Prove in itinere durante lo svolgimento del corso; esame finale consistente in una prova scritta e una prova orale.

Assessment

Midterm exams; final exam consisting of written and oral tests.

Programma del Corso

MOD. Elettronica dei sistemi digitali:Introduzione: Concetti generali; Definizioni fondamentali: livelli logici, caratteristica di trasferimento, margini di rumore, ritardo di propagazione, potenza dissipata, prodotto ritardo potenza. Logiche a rapporto e non a rapporto. Realizzazione di porte logiche mediante l’impiego di interruttori controllati ideali. Famiglie logiche MOS. Principio di funzionamento del transistore MOS. Logiche a rapporto con differenti tipi di carico. Famiglia logica NMOS. Criteri di progetto per le porte NMOS. Logiche CMOS. Criteri di progetto per le porte CMOS. Processo di fabbricazione CMOS. Layout. Rappresentazione di circuiti logici CMOS mediante stick diagram. Famiglie logiche bipolari. Resitor Transitor Logic (RTL). Caratteristica di trasferimento e limitazioni di funzionamento. Transistor Transitor Logic (TTL). Caratteristica di trasferimento,limitazioni di funzionamento e comportamento in commutazione. Circuiti Open collector e Tri-state. Circuiti digitali complessi. Pass Transistor e pass gate. Blocchi combinatoriali e PLA. Circuiti sequenziali: circuito elementare di memoria. Flip Flop SR, JK, D, T. Struttura Master Slave. Strutture dinamiche in NMOS e CMOS: domino logic, flip flop D non trasparenti. Circuiti per la generazione di clock a 2 e 4 fasi. Introduzione agli strumenti CAD per il progetto di circuiti digitali VLSI. Simulatore circuitale Spice: struttura della netlist, sintassi, sottocircuiti, esempi di simulazione. MOD. Elettronica II: Amplificatori differenziali: studio dell'amplificatore differenziale a transistori bipolari. Guadagno differenziale e di modo comune; rapporto di reiezione al modo comune (CMRR). L'amplificatore differenziale come blocco costruttivo fondamentale per la realizzazione di amplificatori operazionali. L'impiego della reazione nei circuiti elettronici lineari. Il teorema di scomposizione come strumento di analisi e sintesi di circuiti reazionati. Configurazioni elementari di amplificatori reazionati: tensione-serie, tensione-parallelo, corrente-serie, corrente-parallelo. Amplificatori ideali: definizione, condizioni sui parametri di quadripolo e relazione con il teorema di scomposizione. Criteri per l'applicazione del teorema di scomposizione. Calcolo del guadagno e delle impedenze di ingresso e di uscita di amplificatori reazionati. L'amplificatore operazionale come blocco fondamentale per la sintesi di circuiti in reazione. L'amplificatore operazionale ideale. Caratteristiche ai terminali di amplificatori operazionali reali con compensazione a polo dominante. Prodotto guadagno banda. Circuiti ad amplificatori operazionali e circuiti non lineari per il trattamento dei segnali: Principio del corto circuito virtuale. Amplificatore invertente, amplificatore non invertente, sommatore, amplificatore differenziale, amplificatore per strumentazione. Amplificatore di corrente, amplificatore transresistivo e transconduttivo. Circuito integratore e differenziatore. Circuiti sfasatori. Amplificatore bifase. Oscillatori lineari. Principio di Barkhausen. Oscillatore a rete di sfasamento e oscillatore a ponte di Wien. Comparatore. Comparatore rigenerativo. Generatori di forme d'onda: circuito monostabile e astabile. Generatore di onde triangolari. Oscillatore controllato in frequenza. NE 555.

Course Syllabus

MOD. Digital Systems Electronics: Introduction. Basic definitions: logic levels, transfer curve, noise margins, propagation delays, dissipated power, power delay product. Ratio and ratio less logic. Realization of logic gates by means of ideal controlled switches. MOS logic families. Principle of operation of the MOS transistor. Ratio logic with different types of load. NMOS logic family. Design criteria for NMOS gates. CMOS logic. Design criteria for CMOS gates. CMOS fabrication process and layout. Stick diagrams for the representation of CMOS logic circuits. Bipolar logic families Resistor Transistor Logic (RTL). Transfer function and limitations. Transistor Transistor Logic (TTL). Transfer function and behaviour during transients. Open collector and Tri-state circuits. Complex digital circuits. Combinatorial logic blocks and PLAs. Pass transistors and pass gates. Sequential circuits. Memory circuits. Flip Flop: SR, JK, D, T. Master Slave structures. Dynamic structures. Two and four phases clock generation circuits. CAD for circuit simulation. Spice simulator for circuit verification. Examples of circuit definition and simulations. Mod. Electronics 2: Differential Amplifiers Linear electronic systems: differential amplifier employing BJTs. Differential gain, common mode gain, common mode rejection ratio (CMRR). Differential amplifier as a fundamental block of operational amplifier. Feedback circuits Feedback theory applied to the study of linear circuits. “Network Cut-Insertion” theorem as an analysis and synthesis tool of feedback circuits. Stability of feedback circuits. Elementary configurations of feedback amplifiers: shunt-series, shunt-shunt, series-series, series-shunt. Ideal amplifiers: definition, conditions on the two-ports networks parameters and relation with the decomposition theorem. Criteria for the application of the decomposition theorem. Calculation of gain, input and output impedance in feedback circuits. Dominant pole compensation. Gain- bandwidth product. Operational amplifier circuits Virtual short circuit approximation. Inverting configuration, non inverting configuration, adder, differential amplifier, instrumentation amplifier. Current amplifier, transresistance amplifier, transconductance amplifier. Integrator and differentiator circuit. Phase shifting circuit. Two-phase amplifier. Linear oscillators. Barkhausen criterion. Phase shifting network oscillator, Wien bridge oscillator. Comparators. Schmidt trigger. Astable multivibrator, triangular waveform generator. Voltage controlled oscillator (VCO). NE555.