Docente

prof. Luca SELMI

Crediti

6 CFU

Obiettivi formativi specifici

Il corso illustra gli elementi costitutivi dei moderni sistemi elettronici, dal materiale semiconduttore al dispositivo, dal circuito al sistema di calcolo. La panoramica tecnologica affronta sia il comportamento e l'utilizzo analogico che quello digitale, cercando di fornire una visione gerarchica, dal particolare al generale. Introduzione: proprietà elettriche dei materiali e i semiconduttori. Elettronica analogica: il diodo a giunzione; il transistore bipolare; il transistore MOS; polarizzazione, punto di lavoro e regime linearizzato; stadi amplificatori; amplificatore operazionale e circuiti amplificatori. Elettronica digitale: funzionamento digitale dei transistori; circuiti logici elementari; reti logiche e metodologie di sintesi. Conversione: elaborazione digitale del segnale; principi di conversione; circuiti convertitori A/D e D/A.

Competenze acquisite

- Conoscere il comportamento dei principali componenti elettronici.
- Analizzare e progettare circuiti analogici.
- Conoscere i principali circuiti digitali.
- Progettare e analizzare reti logiche.
- Conoscere i sistemi di conversione analogico/digitale e digitale/analogico.

Programma

Introduzione ai semiconduttori: silicio intrinseco e generazione/ricombinazione elettrone-lacuna; silicio drogato, fenomeni di conduzione drift-diffusion; giunzione p-n, potenziale di barriera, regione svuotata e polarizzazioni diretta o inversa della giunzione (2 ore).
Diodi: diodo a giunzione, relazione corrente-tensione, modello a soglia; risoluzione di circuiti con diodi; applicazioni circuitali,  raddrizzatori a singola e doppia, rilevatori di picco, circuiti clamping (3 ore).
Transistori BJT: l'effetto transistore, modello di Ebers e Moll, regioni di funzionamento, curve caratteristiche della corrente di collettore in funzione della polarizzazione delle giunzioni. Effetto Early, modello approssimato a soglia; circuiti applicativi ai grandi segnali; risoluzione di circuiti con transistori BJT (5 ore).
Transistori MOSFET: struttura del condensatore MOS e fenomeno dell'inversione, tensione di soglia; derivazione delle relazioni corrente - tensioni nelle varie regioni di funzionamento; curve caratteristiche della corrente di drain al variare della regione di funzionamento, modulazione di canale; circuiti applicativi ai grandi segnali (8 ore).
Analisi di circuiti ai piccoli segnali: liinearizzazione, circuito equivalente ai piccoli segnali di BJT e MOS a due e tre parametri; punto di lavoro; calcolo parametri differenziali; funzioni di rete degli amplificatori; uso delle funzioni di rete tramite circuiti equivalenti di Northon e Thevenin; amplificatori elementari a BJT, emettitore comune, collettore comune, base comune; amplificatori elementari a MOS,  source comune, gate comune, drain comune; accoppiamento di amplificatori a più stadi (10 ore).
Amplificatori operazionali: architettura interna, guadagno ad anello aperto, circuito equivalente, corto circuito virtuale; circuiti applicativi con operazionali ideali; retroazione degli amplificatori retroazionati (4 ore).
Porte logiche elementari: elettronica digitale e porte logiche; logica RTL, realizzazione di NOT, NAND, NOR; calcolo di fan out, potenza statica, margini immunità ai disturbi; logica FCMOS, caratteristica ai grandi segnali della funzione NOT, calcolo dei margini immunità ai disturbi, del ritardo di propagazione e della potenza dinamica dissipata; porte logiche FCMOS elementari, implementazione di NAND e NOR; sintesi di qualsiasi funzione combinatoria attraverso il progetto delle reti di pull-up e pull-down (4 ore).
Reti combinatorie: tabelle di verità, sintesi SP, minimizzazione con mappe di Karnaugh; sintesi di funzioni combinatorie attraverso logiche NAND e NOR; circuiti combinatori notevoli: multiplexer, decoder, half adder, full adder, ripple carry adder, ALU (6 ore).
Reti sequenziali: bistabile SR, temporizzazione, latch SR e D. Flip Flop SR e D edge triggered e master slave; divisore di frequenza, contatore asincrono, registri paralleli e seriali - paralleli realizzati con flip flop D; macchine a stati finiti, automi di Mealy e Moore, diagrammi degli stati; macchine a stati finiti di Moore, diagramma degli stati, tabelle di transizione, sintesi circuitale con flip-flop e logica combinatoria (4 ore).
Memorie: memorie statiche SRAM, decodificatori di riga e colonna, sense amplifier; architettura della cella, dimensionamento dei transistori di accesso, calcolo della velocità di lettura e scrittura; memorie dinamiche DRAM, architettura della cella, operazioni di lettura e scrittura, calcolo della velocità di lettura e scrittura; memorie ROM, EEPROM: architettura masked NOR ROM con MOS e MOS floating gate (4 ore).
Convertitori A/D e D/A: convertitori DAC, architettura a rete pesata, R-2R; parametri di non idealità, INL, DNL; convertitori ADC,  Sample and Hold, ADC a conteggio, SAR,  flash e a doppia rampa; parametri di non idealità, INL, DNL, rapporto segnale rumore in ADC ideali, rapporto segnale rumore reale (SINAD), bit effettivi (ENOB) in ADC reali (2 ore).
Esercitazioni (10 ore).

Bibliografia

- Materiale didattico on-line del docente (http://elearning.uniud.it)
- Richard C. Jaeger, Microelettronica, Mc Graw Hill, prima o seconda edizione (quella comprendente anche la parte di elettronica digitale
- A. S. Sedra, K. C. Smith, "Microelectronic circuits" - Oxford University Press - 2004
- Jacob Millman, Arvin Grabel, Microelectronics, Mc Graw Hill

Modalità d'esame

prova scritta

Ulteriore materiale didattico o informazioni reperibili alla pagina