ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI

Obiettivi formativi:

Questo insegnamento ha lo scopo di introdurre conoscenze generali sulle tecnologie dei circuiti integrati digitali e sugli strumenti specifici per l'analisi e la progettazione di blocchi digitali elementari, al fine di fornire le competenze necessarie a stimare costi e prestazioni dei circuiti integrati, comprendendone le problematiche e le prospettive evolutive.

Settore scientifico-disciplinare:

ING-INF/01.

Crediti:

6.

Modulo:

Unico.

Durata:

Semestrale (secondo periodo), 48 ore (di lezione frontale).

Frequenza:

Non sono previsti obblighi di frequenza.

Docente:

Prof. Alberto Carini.

Programma:

01. Elettronica dello stato solido:
      01.01 I materiali semiconduttori.
      01.02 Il modello a legame covalente.
      01.03 Mobilità e resistività nei semiconduttori.
      01.04 Impurità nei semiconduttori.
      01.05 Il modello a bande di energia.
      01.06 Corrente di deriva e di diffusione.

02. Diodi allo stato solido:
      02.01 Il diodo a giunzione pn.
      02.02 Caratteristica i-v del diodo.
      02.03 L'equazione del diodo.
      02.04 Capacità della giunzione pn.
      02.05 Il diodo Schottky.

03. I transistori ad effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore MOSFET:
      03.01 Il condensatore MOS.
      03.02 MOSFET a canale n (NMOS).
      03.03 Comportamento qualitativo i-v del transistore NMOS.
      03.04 Caratteristiche i-v del transistore NMOS.
      03.05 Modulazione della lunghezza del canale.
      03.06 MOSFET a canale p (PMOS).
      03.07 MOSFET a svuotamento.
      03.08 Simboli circuitali del MOSFET.
      03.09 L'effetto body.
      03.10 Capacità del MOSFET.

04. I transistori bipolari a giunzione (cenni):
      04.01 Struttura di un transistore bipolare a giunzione.
      04.02 I transistori npn e pnp.
      04.03 Le regioni di funzionamento dei transistori bipolare.
      04.04 Caratteristiche i-v di un transistore bipolare.

05. Tecnologia dei circuiti integrati:
      05.01 Processo di fabbricazione per i transistori MOS.
      05.02 Il processo CMOS.
      05.03 I processi per transistori bipolari.
      05.04 Resistenze, capacità e diodi.
      05.05 La scala di integrazione dei circuiti.

06. Introduzione all'elettronica digitale:
      06.01 Porte logiche ideali.
      06.02 Caratteristica di trasferimento dell'invertitore reale.
      06.04 Risposta dinamica di una porta logica: tempi di salita e di discesa, ritardo di propagazione, potenza dissipata, fan-in e fan-out, prodotto ritardo-potenza.
      06.05 Criteri di progetto di una porta logica.
      06.06 La logica a diodi.

07. I circuiti logici NMOS:
      07.01 L'invertitore NMOS con carico resistivo.
      07.02 Il problema del resistore di carico.
      07.03 L'invertitore con carico attivo NMOS.
      07.04 Caratteristiche di funzionamento e livelli logici.
      07.05 Analisi dinamica e tempi di propagazione.
      07.06 Potenza dissipata e prodotto ritardo-potenza.
      07.07 Porte logiche elementari NMOS.
      07.08 Fan-in e fan-out delle porte logiche NMOS.

08. I circuiti logici CMOS:
      08.01 L'invertitore CMOS.
      08.02 Caratteristica di trasferimento e margine di rumore.
      08.03 Comportamento dinamico e tempi di propagazione.
      08.04 Potenza dissipata.
      08.05 Porte logiche elementari CMOS.
      08.06 Fan-in e fan-out delle porte CMOS.
      08.07 Stadi separatori di uscita.
      08.08 La riduzione di scala nei circuiti CMOS.

09. I circuiti bipolari (cenni):
      09.01 L'invertitore RTL.
      09.02 Invertitore elementare TTL.
      09.03 Lo stadio di uscita.
      09.04 La caratteristica di trasferimento dell'invertitore TTL.
      09.05 Porte logiche TTL.
      09.06 Il transistore Schottky e le logiche TTL Schottky.

10. Circuiti di interconnessione e di ingresso/uscita:
      10.01 Circuiti logici standard.
      10.02 Porte A-O-I.
      10.03 Porte in logica cablata.
      10.04 Porte a tre stati.

11. Circuiti combinatori:
      11.01 Circuiti sommatori e sottrattori.
      11.02 Circuiti comparatori.
      11.03 Circuiti codificatori e decodificatori.
      11.04 Circuiti multiplexer e demultiplexer.
      11.05 Matrici logiche programmabili (PLA).

12. Circuiti sequenziali:
      12.01 Circuiti bistabili.
      12.02 Il bistabile SR.
      12.03 I flip-flop sincronizzati.
      12.04 I flip-flop JK.
      12.05 I flip-flop Master-Slave.
      12.06 I flip-flop D e T.

13. Strutture CMOS per circuiti VLSI:
      13.01 Logiche complesse FCMOS (cenni).
      13.02 Logiche con porte di trasmissione.
      13.03 Logiche dinamiche.
      13.04 Latch e flip-flop in logica dinamica.

14. Le memorie non volatili:
      14.01 Le memorie a sola lettura ROM.
      14.02 Struttura interna delle ROM.
      14.03 Memorie ROM dinamiche.
      14.04 Indirizzamento bidimensionale.
      14.05 Memorie non volatili EPROM, EEPROM e Flash.

15. Memorie RAM:
      15.01 Memorie a lettura e scrittura.
      15.02 Celle elementari per RAM statiche (SRAM).
      15.03 Circuiti di lettura e scrittura per SRAM.
      15.04 Celle elementari per RAM dinamiche (DRAM).
      15.05 Circuiti di lettura e scrittura per DRAM.

Testi di riferimento:

  • Spirito, "Elettronica Digitale", McGraw Hill, 2002.
  • Jaeger, Blalock, "Microelettronica", McGraw Hill, 2009.
  • Jaeger, Blalock, "Microelettronica 3: Elettronica Digitale", McGraw Hill, 2005.
  • Propedeuticità:

    Fisica Generale.

    Modalità didattiche:

    Lezioni frontali comprendenti teoria ed esercizi.

    Modalità di accertamento:

    Prova orale.

    Commissione d'esame:

    Prof. Alberto Carini e Prof. Alessandro Bogliolo (supplente: Ing. Valerio Freschi).

    Note:

    La prova orale viene valutata in trentesimi.

    Ultima modifica: 02/07/2009 Approvato da: Presidente CCdL