28722 - ELETTRONICA T-1

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Istruzione di qualità Energia pulita e accessibile Imprese innovazione e infrastrutture

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede le conoscenze di base sull'analisi e sui criteri di progetto dei circuiti elettronici digitali. In particolare è in grado di: - progettare i circuiti elementari che costituiscono la base dei moderni microcircuiti realizzati con tecnologia CMOS; - analizzare e confrontare le logiche di tipo CMOS sulla base dei loro parametri caratteristici (prestazioni, consumo, costo,...) - simulare semplici circuiti elettronici digitali.

Contenuti

Prerequisiti/Propedeuticità consigliate

Prerequisito per la comprensione degli argomenti svolti è l'aver appreso le nozioni principali di teoria dei circuiti elettrici lineari svolti nel corso di Elettrotecnica. In particolare lo studente dovrebbe essere in grado di analizzare il comportamento di un circuito lineare sia in condizioni stazionarie che transitorie. Si consiglia quindi di seguire il corso solo dopo aver superato l'esame di Elettrotecnica.

Programma

- Descrizione del funzionamento del transistore n-MOS. Regioni di funzionamento ed equazioni costitutive. Descrizione del funzionamento del transistore p-MOS. Regioni di funzionamento ed equazioni costitutive. Descrizione del funzionamento dell'invertitore n-MOS con carico resistivo. Caratteristica statica e consumo di potenza. Descrizione del funzionamento dell'invertitore p-MOS con carico resistivo. Caratteristica statica e consumo di potenza.

- Descrizione del funzionamento dell'invertitore CMOS. Regioni di funzionamento dei transistor, calcolo delle correnti e della caratteristica statica ingresso-uscita. Analisi del consumo di potenza. Analisi del comportamento in transitorio dell'invertitore CMOS. Calcolo della durata del transitorio di salita e di discesa. Componenti parassiti del transistore nMOS e pMOS: calcolo della capacità di ingressi dell'invertitore CMOS.

- Metodo di progetto di un buffer CMOS al fine minimizzare il ritardo di propagazione.

- Proprietà dei circuiti digitali: costo, capacità di ingresso, fan-out, ritardo di propagazione, consumo di potenza, prodotto ritardo consumo, margine di immunità ai disturbi.

- Gate Fully CMOS: caratteristiche generali delle reti di Pull-Up e Pull-Down. Topologia dei gate, analisi e sintesi delle funzioni logiche. Equivalenza dei transistori MOS connessi in serie ed in parallelo. Tempi di commutazione e dimensionamento dei MOSFETs nei gate Fully CMOS.

- Gate dinamici: logica DOMINO, dual-rail DOMINO e zipper logic. Problemi legati alla ridistribuzione di carica nei nodi interni e a glitch dei segnali d'ingresso.

- Logiche a pass transistor. Problema della trasmissione delle tensioni alte per pass transistor nMOS e delle tensioni basse per pass transistor pMOS.

- Circuiti combinatori e circuiti sequenziali. Realizzazione dei Latch di tipo SR, JK e D. Realizzazione del latch D con porte logiche NOR e in retroazione con NOT. Latch D realizzato con circuito bistabile a 2 NOT e pass-transistor.

- Circuiti a campionamento su un fronte del clock. Realizzazione master-slave del Flip-flop D. Realizzazione statica con circuito bistabile e dinamica a due fasi.

- Introduzione alle memorie. Classificazione delle memorie: memorie volatili e non volatili. Struttura a matrice con decodificatori di riga e colonna. Descrizione del funzionamento della cella SRAM a 6 transistor. Lettura e scrittura di una cella SRAM. Descrizione del funzionamento del sense amplifier di memorie SRAM. Stuttura della cella DRAM. Lettura e scrittura di una cella DRAM. Il fenomeno della ridistribuzione di carica. Il sense amplifier in meorie DRAM. Differenze tra memorie SRAM e DRAM.

- Introduzione alle memorie non volatili. ROM, PROM e memorie Flash. Architettura NOR e NAND della matrice. Funzionamento della memoria Flash, inizezione di elettroni nel floating gate. Endurance e Data retention della memoria.

- Il transistore MOS. Equazioni di continuità. Condizioni di quasi stazionarietà. Equazioni del trasporto di tipo ohmico-diffusivo. Modello matematico dei dispositivi a semiconduttore. Calcolo della corrente di drain. Ipotesi del profilo graduale e conclusione del calcolo delle caratteristiche statiche del transistore MOS. Il modello parabolico-lineare.

- Tecnologia CMOS. Passi di fabbricazione di un transistore MOS.

Testi/Bibliografia

Appunti di lezione.

Per consultazione:

  • P. Spirito, Elettronica Digitale, McGraw-Hill, 2006.
  • E. Gnani - ELETTRONICA DIGITALE DI BASE A.A.2013-14 ISBN 9781308077789
  • Digital Integrated Circuits, J. M.Rabaey
    http://bwrcs.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/
    Disponibile anche in italiano: Circuiti integrati digitali. L'ottica del progettista. Jan M. Rabaey, Anantha Chandrakasan, Bora Nikolic

Metodi didattici

Il corso è strutturato in lezioni frontali in aula in cui vengono presentati gli elementi fondamentali dell'Elettronica. In particolare ci si focalizzerà sui circuiti base dell'Elettronica Digitale. Alla presentazione teorica di ogni tema trattato fanno seguito diverse lezioni dedicate alla risoluzione di esercizi e problemi specifici che sottolineano la natura applicata della disciplina e mirano a far acquisire il metodo per l'analisi e la progettazione di semplici circuiti digitali.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Lo studente può scegliere se svolgere la prova scritta o una prova orale.

La prova scritta consiste in esercizi in cui si verifica la capacità dello studente di analizzare il funzionamento di semplici circuiti digitali.

La prova orale ha l'obiettivo di verificare l'acquisizione delle conoscenze previste secondo quanto dettagliato nel programma del corso. Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell’insegnamento. La durata della prova orale è mediamente di 45 minuti.

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite bacheca elettronica, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Coloro che non riuscissero ad iscriversi entro la data prevista, sono tenuti a comunicare tempestivamente (e comunque prima della chiusura ufficiale delle liste di iscrizione) il problema alla segreteria didattica. Sarà facoltà del docente ammetterli a sostenere la prova.

La verbalizzazione della valutazione conseguita avviene durante uno qualsiasi degli appelli orali fissati dal docente durante l'anno accademico. E' possibile prendere visione del compito e chiedere chiarimenti in occasione della data di verbalizzazione immediatamente successiva all'appello in cui si è sostenuto l'esame. La possibilità di utilizzare orari alternativi di ricevimento per prendere visione del compito è riservata a casi eccezionali, con una valida motivazione.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico disponibile al sito https://www.unibo.it/sitoweb/elena.gnani/contenuti-utili

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elena Gnani

Consulta il sito web di Antonio Gnudi