Insegnamenti

 

 

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IN/0200 - CORSO INTEGRATO: CIRCUITI INTEGRATI

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
MASSIMO ​BARBARO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/68] ​ ​FISICA [68/00 - Ord. 2014] ​ ​PERCORSO COMUNE1080
[70/83] ​ ​INGEGNERIA ELETTRONICA [83/00 - Ord. 2018] ​ ​PERCORSO COMUNE10100
Obiettivi

• Conoscenza e capacità di comprensione: approfondire la conoscenza dei circuiti integrati analogici e digitali e capacità di comprendere le implicazioni di specifche scelte progettuali.
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate: capacità di individuare i meccanismi di funzionamento dei circuiti integrati analogici e digitali ai fini di una progettazione efficiente.
• Autonomia di giudizio: sviluppare la capacità di utilizzare criticamente e sinergicamente vari strumenti di analisi e progettazione di circuiti integrati analogici e digitali.
• Abilità comunicative: capacità di esprimersi in linguaggio tecnico
• Capacità di apprendere: capacità di leggere documenti tecnici ed applicare la teoria al progetto di circuiti

Obiettivi

Conoscenza e capacità di comprensione: approfondire la conoscenza dei circuiti integrati e capacità di comprendere le implicazioni di specifche scelte progettuali.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: capacità di individuare i meccanismi di funzionamento dei circuiti integrati ai fini di una progettazione efficiente.
Autonomia di giudizio: sviluppare la capacità di utilizzare criticamente e sinergicamente vari strumenti di analisi e progettazione di circuiti integrati
Abilità comunicative: capacità di esprimersi in linguaggio tecnico
Capacità di apprendere: capacità di leggere documenti tecnici ed applicare la teoria allo sviluppo di circuiti integrati

Prerequisiti

Conoscenze di dispositivi elettronici (MOS) ed elementi di teoria dei circuiti.

Contenuti

Introduzione ai sistemi elettronici
Concetti di base (analogico vs. digitale)
Processo CMOS
Struttura del transistor MOS Processo realizzativo Layer - Equazioni Modelli del MOS per la progettazione analogica e digitale Elementi di layout
Rumore elettrico
Tipologie di rumore elettrico (termico, flicker, shot) Rumore elettrico in un circuito Rapporto segnale/rumore
Inverter CMOS
Caratteristica di trasferimento statica (VTC) Margini di rumore Layout - Caratteristiche dinamiche (tempo di propagazione) Dissipazione di potenza - Dimensionamento
Circuiti Logici
Logiche statiche (CMOS, pass-transistor) Logiche dinamiche (concetto di base, domino, np-CMOS) Latch e flip-flop
Memorie a semiconduttore
Classificazione delle memorie Architetture di memorie ROM RAM RAM non volatili Circuiti base (elemento di memoria, sense amplifier)
Circuiti digitali speciali
Trigger di Schmitt Multivibratori - Buffer di ingresso Charge pump Phase-Locked Loop e Delay-Locked Loop
Flusso di realizzazione di circuiti digitali (sintesi e place&route).
Specchi di corrente
Specchio di corrente semplice Strutture cascode Circuiti di polarizzazione
Amplificatori
Generalità Punto di lavoro e progettazione - Topologia a source comune Topologia a gate comune Inseguitore di source Amplificatore cascode Push-pull
Amplificatori differenziali
Generalità Coppia differenziale Amplificatori differenziali cascode Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) Coppia differenziale con carico attivo Circuiti Fully-Differential
Generatori di tensioni di riferimento
Generatori MOS-resistore Circuiti basati su bandgap
Amplificatori operazionali
Amplificatore due-stadi Operational Transconductance Amplifier (OTA) Polarizzazione Common-Mode Feedback (CMFB)
Metodologia di progettazione: gm su Id
Circuiti dinamici
Il MOS come interruttore Sample&Hold Comparatori Circuiti a capacità commutate

Metodi Didattici

Lezioni frontali (70) ed esercitazioni al calcolatore con simulatori circuitali (30). Anche la lezione frontale è da considerarsi partecipata e viene svolta in modo interattivo stimolando gli studenti a proporre soluzioni e idee.

Verifica dell'apprendimento

Prova scritta (2 esercizi) e colloquio, il voto è dato dalla media aritmetica dei voti delle due prove.
Per gli studenti che seguono il corso sarà possibile completare l'esame tramite due prove intermedie svolte durante il calendario delle prove parziali di Facoltà. Ciascuna prova prevede degli esercizi e una domanda di teoria. Il voto finale è dato dalla media aritmetica dei risultati delle due prove.

L'obiettivo delle prove scritte è la verifica della capacità di analisi e progetto di circuiti sia analogici che digitali.
Analisi: dato uno schema circuitale sarà richiesto di analizzarne il funzionamento in relazione a specifici parametri di merito; ad esempio, data una porta logica sarà chiesto di identificare il tempo di propagazione o il consumo di potenza.
Progetto: date le specifiche di funzionamento di un circuito sarà richiesto di definire lo schema circuitale e dimensionare i componenti (transistor, capacitori, resistori); ad esempio, dati banda, guadagno, potenza di un amplificatore dimensionare il circuito di un OTA.

La prova orale ha lo scopo di verificare le conoscenze della teoria circuitale, delle tecniche di progetto e di verificare se alla capacità di soluzione degli esercizi si accompagna una capacità di comprensione dei meccanismi che stanno alla base delle tecniche progettuali.

Testi

Circuiti Integrati Digitali:
J. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic, "Digital Integrated Circuits, 2nd Edition", Pearson, ISBN-9780130909961

Circuiti Integrati Analogici:
B. Razavi, "Design of Analog CMOS Integrated Circuits 2e", McGraw-Hill Education; ISBN-10: 1259255093, ISBN-13: 978-1259255090

Per approfondimenti:
“CMOS: Circuit Design, Layout and Simulation” – Jacob Baker – Ed. Wiley,
ISBN 978-0-470-88132-3

Altre Informazioni

Sarà disponibile copia dei lucidi usati a lezione.
Le sessioni di laboratorio saranno basate sull'uso di software cad/eda allo stato dell'arte (suite Cadence).

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