Obiettivi Formativi

Il corso intende fornire le conoscenze sui concetti fondamentali per la realizzazione di circuiti elettronici che possano svolgere funzioni logiche nella prospettiva di rendere gli studenti capaci di progetti full custom di dispositivi digitali. Intende inoltre fornire allo studente una conoscenza approfondita degli amplificatori operazionali e delle loro applicazioni (lineari e non lineari) fondamentali, in modo da renderlo capace di analizzare e progettare sistemi analogici per applicazioni specifiche.

Learning Goals

The course aims to provide the knowledge on the fundamental concepts for the realization of electronic circuits that can perform logical functions in the perspective of making students capable of full custom projects of digital devices. It also intends to provide the student with an in-depth knowledge of operational amplifiers and their fundamental (linear and non-linear) applications, in order to make it capable of analyzing and designing analogue systems for specific applications.

Metodi didattici

Il corso viene svolto mediante lezioni frontali ed esercitazioni tenute dal docente, mediante esercitazioni di progettazione assistite dal PC svolte dagli studenti stessi e mediante dimostrazioni di laboratorio.

Teaching Methods

The course is carried out through lectures and exercises held by the teacher, through design exercises assisted by the PC carried out by the students themselves and by laboratory demonstrations.

Prerequisiti

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

Prerequisites

Knowledge of: BJT, MOSFET, Diodes, circuit theory

Verifiche dell'apprendimento

Durante lo svolgimento del corso il percorso di apprendimento da parte degli studenti viene verificato mediante diverse prove in itinere, consistenti in esercizi di analisi e/o progettazione di circuiti digitali e analogici. L’esame consiste in una prova scritta (della durata di 4 ore) con domande di analogica e di digitale e in una prova orale. Si può decidere di sostenere la prova orale sulla sola parte di digitale, con la consapevolezza di poter raggiungere, per l’intero esame, la votazione massima di 25/30. Scritto e orale devono essere sostenuti nello stesso appello. Il superamento delle prove in itinere esonera dallo svolgimento della prova scritta. Durante la prima lezione del corso vengono comunque forniti tutti i dettagli circa lo svolgimento e i contenuti di prove in itinere ed esami.

Assessment

During the course the learning by the students is verified through various in itinere tests, consisting in exercises of analysis and / or design of digital and analog circuits. The final exam consists of a written test aimed at ascertaining the achievement of the fundamental objectives and in an oral exam. Students can decide to take the oral exam on the digital part only, with the knowledge that they can reach the maximum mark of 25/30 for the entire exam. Written and oral must be taken in the same appeal. If the student has not taken the VLSI design test during the lessons, he can retrieve it during the exam sessions. Passing the tests in itinere exempts from the written test. During the first lesson of the course all the details about the development and contents of ongoing tests and exams are provided.

Programma del Corso

Introduzione; Elettronica Analogica e Elettronica Digitale. Il corso prosegue quindi con due percorsi paralleli, uno dedicato allElettronica Digitale e uno all Elettronica Analogica, sincronizzati in modo da poter fare collegamenti ed approfondimenti opportuni: Elettronica Digitale: Concetti generali, Definizioni fondamentali: livelli logici, caratteristica di trasferimento, margini di rumore, ritardo di propagazione, potenza dissipata, prodotto ritardo potenza. Circuiti logici digitali CMOS. Circuiti logici pseudo-NMOS. Transmission gate. Logica ECL. Logica BiCMOS. Circuiti di memoria: latch e flip flop. Flip flop SR. Flip flop D. RAM statica e RAM dinamica. ROM. EPROM. Progettazione VLSI. Software Electric. Elettronica Analogica: Amplificatori differenziali: studio dell'amplificatore differenziale a transistori bipolari. L'amplificatore differenziale come blocco costruttivo fondamentale per la realizzazione di amplificatori operazionali. Circuiti reazionati. Impedenza di ingresso e di uscita. Guadagni di tensione, corrente, transresistenza e transconduttanza. 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. 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 derivatore. 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

Introduction; Analog Electronics and Digital Electronics. The course then continues with two parallel paths, one dedicated to Digital Electronics and one to Analog Electronics, synchronized so as to be able to make appropriate connections and in-depth studies: Digital Electronics: General concepts, basic definitions: logic levels, transfer characteristics, noise margins, propagation delay, power loss, power delay product. CMOS digital logic circuits. Pseudo-NMOS logic circuits. Transmission gate. ECL logic. BiCMOS logic. Memory circuits: latch and flip flop. SR flip flop. Flip flop D. Static RAM and dynamic RAM. ROM. EPROM. VLSI design. Electric Software. Analog Electronics: Differential amplifiers: study of the differential amplifier with bipolar transistors. The differential amplifier as a fundamental building block for the realization of operational amplifiers. Feedback. Input and output impedance. Voltage, current, transresistance and transconductance gain. The use of feedback in linear electronic circuits. The decomposition theorem as a tool for analysis and synthesis of feedback circuits. Elementary configurations of feedback amplifiers: voltage-series, voltage-shunt, current-series, current-shunt. Ideal amplifiers. Criteria for the application of the decomposition theorem. Calculation of the gain and of the input and output impedances of feedback amplifiers. The operational amplifier as a fundamental block for the synthesis of feedback circuits. The ideal operational amplifier. Characteristics of the terminals of real operational amplifiers with dominant pole compensation. Gain bandwidth product .Operational amplifiers based linear circuits for signal processing: Principle of virtual short circuit. Inverting amplifier, non-inverting amplifier, adder, differential amplifier, instrumentation amplifier. Current amplifier, transresistive and transconductive amplifier. Integrator and shunt circuit. Phase shifter circuits. Two-phase amplifier. Linear oscillators. Barkhausen's principle. Wien phase shift oscillator and bridge oscillator. Operational amplifiers based non-linear circuits for signal processing: Comparator. Regenerative comparator. Waveform generators: monostable and astable circuit. Triangular wave generator. Frequency controlled oscillator. NE 555.