Obiettivi Formativi

Fornire allo studente una visione globale dell’Elettronica moderna, delle metodologie di analisi e di progetto dei circuiti elettronici digitali, dei dispositivi e tecnologie per la realizzazione dei moderni circuiti integrati. Sviluppare la capacità di analizzare e progettare, a livello di dispositivo e tecnologia, sistemi logici relativamente complessi in modo analitico e attraverso l’utilizzo di strumenti numerici CAD. Favorire lo sviluppo dell’autonomia dello studente nella scelta della migliore soluzione architetturale e/o tecnologica del problema sotto esame. Favorire la capacità di esprimersi con adeguato linguaggio ai fini della corretta comunicazione delle scelte tecniche adottate e dei risultati ottenuti. Sviluppare l’autonoma capacità di aggiornamento in un settore, come quello delle tecnologie elettroniche per applicazioni digitali, che è caratterizzato da rapida e costante evoluzione tecnologica.

Learning Goals

Provide the student with a global vision of modern electronics, of analysis and design methodologies of digital electronic circuits, of devices and technologies for the construction of modern integrated circuits. Develop the ability to analyze and design, at the device and technology level, relatively complex logic systems analytically and through the use of CAD numerical tools. Encourage the development of student autonomy in choosing the best architectural and / or technological solution to the problem under examination. Promote the ability to express oneself with adequate language for the correct communication of the adopted technical choices and the obtained results. Develop autonomous updating capacity in a sector, such as that of electronic technologies for digital applications, which is characterized by rapid and constant technological evolution.

Metodi didattici

Il corso è composto di lezioni (teoria), esercitazioni in aula ed esercitazioni al calcolatore. Le lezioni si svolgono attraverso la proiezione di slide e materiale didattico messo a disposizione dal docente. Le esercitazioni al calcolatore riguardano la simulazione e progettazioni di circuiti digitali.

Teaching Methods

The course consists of lessons (theory), classroom exercises and computer exercises. The lessons take place through the projection of slides and didactic material made available by the teacher. The computer exercises concern the simulation and design of digital circuits.

Prerequisiti

Reti elettriche lineari; Reti logiche combinatore e sequenziali.

Prerequisites

Linear electrical networks; Combinatorial and sequential logic networks.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, seguita da una prova orale opzionale. Durante la prova scritta si chiede di eseguire lo svolgimento di tre esercizi entro il tempo limite di tre ore. Durante la prova scritta è consentito esclusivamente l’uso di cancelleria e della calcolatrice personale. I fogli ed eventuali formulari sono forniti dal docente. La valutazione della prova scritta è comunicata agli studenti utilizzando indicatori di qualità: insufficiente (<18/30), sufficiente (18-21/30), discreto (22-24/30), buono (25-27/30), ottimo (28-30/30). Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale. Nel caso in cui lo studente decida di non sostenere la prova orale, la valutazione complessiva finale è pari a 18/30, qualunque sia la valutazione (almeno sufficiente) della prova scritta.

Assessment

The exam consists of a written test, followed by an optional oral test. During the written test, students are asked to perform three exercises within the time limit of three hours. During the written test, only the use of stationery and the personal calculator is allowed. The sheets and any forms are provided by the teacher. The evaluation of the written test is communicated to students using quality indicators: insufficient (<18/30), sufficient (18-21 / 30), fair (22-24 / 30), good (25-27 / 30), excellent (28-30 / 30). The final grade is expressed out of thirty and takes into account the evaluation obtained during the written test and during the oral test. In the event that the student decides not to take the oral exam, the final overall evaluation is equal to 18/30, whatever the (at least sufficient) evaluation of the written test is. ​​​​​​​

Programma del Corso

INTRODUZIONE: Evoluzione storica dell’Elettronica. Concetti e metodologie principali per la risoluzione delle reti elettriche lineari. Il simulatore circuitale PSPICE. ELETTRONICA DELLO STATO SOLIDO: Elementi di Elettronica dello stato solido: elettroni e lacune, mobilità, drogaggio, conduzione deriva/diffusione. Processi tecnologici per la fabbricazione dei circuiti integrati: realizzazione dei substrati, epitassia e crescita, ossidazione, fotolitografia, diffusione e impiantazione ionica. Resistenza di substrato. IL DIODO A GIUNZIONE PN: cenni di elettronica dello stato solido, modello corrente-tensione, modello SPICE, metodologia di analisi nei circuiti. IL TRANSISTOR MOSFET: cenni di elettronica dello stato solido, modello corrente-tensione, effetti capacitivi, modello SPICE, metodologia di analisi nei circuiti. INTRODUZIONE ALL’ELETTRONICA DIGITALE: Richiami di algebra booleana, porte logiche ideali, definizione dei livelli logici e margini di rumore, riposta dinamica (tempi di salita, discesa, ritardo di propagazione), dissipazione di potenza statica e dinamica. PORTE LOGICHE NMOS: analisi e progetto dell’invertitore elementare con carico resistivo e carico attivo, effetti della saturazione di velocità, porte logiche NMOS elementari e layout, porte logiche complesse e layout, effetti capacitivi e comportamento dinamico. Porte logiche PMOS. PORTE LOGICHE CMOS: tecnologia e layout dell’invertitore CMOS, caratteristiche statiche e margini di rumore, comportamento dinamico e dissipazione di potenza. Porte logiche elementari e complesse. Circuiti di buffer. La porta di trasmissione CMOS. Circuito bistabile. Latchup. MEMORIE MOS E CIRCUITI SEQUENZIALI: memorie ad accesso casuale, celle di memorie statiche, celle di memoria dinamiche, amplificatori di lettura, decodificatori di indirizzo, memorie a sola lettura, memorie flash. CIRCUITI LOGICI BIPOLARI: tecnologie RTL, TTL e BiCMOS.

Course Syllabus

INTRODUCTION: Historical evolution of Electronics. Main concepts and methodologies for solving linear electrical networks. The PSPICE circuit simulator. SOLID STATE ELECTRONICS: Basics of solid state electronics: electrons and holes, mobility, doping, drift / diffusion conduction. Technological processes for the fabrication of integrated circuits: realization of substrates, epitaxy and growth, oxidation, photolithography, diffusion and ion implantation. Substrate resistance. THE PN JUNCTION DIODE: outline of solid state electronics, current-voltage model, SPICE model, circuit analysis methodology. THE MOSFET TRANSISTOR: outline of solid state electronics, current-voltage model, capacitive effects, SPICE model, circuit analysis methodology. INTRODUCTION TO DIGITAL ELECTRONICS: Boolean algebra, ideal logic gates, definition of logic levels and noise margins, dynamic response (rise and fall times, propagation delay), static and dynamic power dissipation. NMOS LOGIC GATES: analysis and design of the elementary inverter with resistive load and active load, effects of speed saturation, elementary NMOS logic gates and layouts, complex logic gates and layouts, capacitive effects and dynamic behavior. PMOS logic gates. CMOS LOGIC PORTS: technology and layout of the CMOS inverter, static characteristics and noise margins, dynamic behavior and power dissipation. Elementary and complex logic gates. Buffer circuits. The CMOS transmission port. Bistable circuit. Latchup. MOS MEMORIES AND SEQUENTIAL CIRCUITS: random access memories, static memory cells, dynamic memory cells, read amplifiers, address decoders, read only memories, flash memories. BIPOLAR LOGIC CIRCUITS: RTL, TTL and BiCMOS technologies.