DISPOSITIVI E SISTEMI ELETTRONICI - a.a. 2023/2024 ============================== (prof. Sergio Carrato e Alberto Carini) Il corso e’ costituito da 2 moduli da 6 cfu l'uno, ed e' disponibile in due versioni - solo primo modulo - entrambi i moduli Obiettivi formativi: fornire agli studenti alcuni importanti nozioni di elettronica non incluse nel corso di base, in particolare riguardo i dispositivi elettronici, elettronica digitale, elettronica applicata, elettronica di potenza. Programma del corso =================== Primo modulo, Parte prima: dispositivi elettronici (prof. Carrato, 3 cfu) ------------------------------------------------------------- Elementi di fisica dello stato solido [Fonstad, Sze02, Singh, Ghione] La giunzione pn [Sze02, cap. 4]. Il BJT. La "giunzione" MOS [Pierret, pp. 31--46] ed il transistor MOSFET [Calzolari]. Tecnologia di produzione dei circuiti integrati: produzione del silicio, fotolitografia, crescita e rimozione dell'ossido, diffusione ed impiantazione ionica, deposizione del silicio, metallizzazioni, assemblaggio [Hastings, cap. 2; Ghione]. Tre processi: standard bipolar, polysilicon-gate CMOS, analog BiCMOS (cenno) [Hastings, cap. 3]. Bunnysuit (cenno). Lo scalaggio negli IC [Fonstad, pp. 580--585]. Deviazioni dal modello ideale [Fonstad, pp. 151-154, 203-207, 275-285]. Cenno a: giunzione Shottky [Singh, cap. 6], MESFET [Mayer, cap. 5.7]. Primo modulo, Parte seconda: Elettronica digitale (prof. Carini, 3 cfu) ------------------------------------------------------------ Introduzione all'elettronica digitale (Porte logiche ideali; caratteristica di trasferimento dell'invertitore reale; 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; criteri di progetto di una porta logica). I circuiti logici NMOS (l'invertitore NMOS con carico resistivo; l'invertitore con carico attivo NMOS; caratteristiche di funzionamento e livelli logici;analisi dinamica e tempi di propagazione;potenza dissipata e prodotto ritardo-potenza; porte logiche elementari NMOS; fan-in e fan-out delle porte logiche NMOS). I circuiti logici CMOS (l'invertitore CMOS;caratteristica di trasferimento e margine di rumore; comportamento dinamico e tempi di propagazione; potenza dissipata; porte logiche elementari CMOS; fan-in e fan-out delle porte CMOS;stadi separatori di uscita; la riduzione di scala nei circuiti CMOS). I circuiti bipolari (cenni) (l'invertitore RTL; invertitore elementare TTL; lo stadio di uscita; la caratteristica di trasferimento dell'invertitore TTL; porte logiche TTL). Circuiti di interconnessione e di ingresso/uscita (circuiti logici standard; porte A-O-I; porte in logica cablata; porte a tre stati, invertitori e porte logiche BiCMOS). Circuiti combinatori (circuiti codificatori e decodificatori; circuiti multiplexer e demultiplexer; matrici logiche programmabili (PLA)). Strutture CMOS per circuiti VLSI (logiche complesse FCMOS, logiche con porte di trasmissione; logiche dinamiche). Le memorie non volatili (le memorie a sola lettura ROM; struttura interna delle ROM; memorie ROM dinamiche; indirizzamento bidimensionale; memorie non volatili EPROM, EEPROM e Flash). Memorie RAM (memorie a lettura e scrittura; celle elementari per RAM statiche (SRAM); circuiti di lettura e scrittura per SRAM; celle elementari per RAM dinamiche (DRAM); circuiti di lettura e scrittura per DRAM. Secondo Modulo: high speed and power electronics (prof. Carrato, 6 cfu) ------------------------------------------------------------- Il rumore nei circuiti elettronici. Calcolo del rumore nei circuiti con opamp. Shielding e guarding; grounding; Power e signal line filtering. Current feedback opamp (CFA) ed opamp VFB veloci High speed design & layout. Linee di trasmissione, linee bilanciate, LVDS. EMI/RF board design. OTA. Elettronica di potenza. Dispositivi di potenza [Singh, cap. 7.5.7; Sze02, cap. 6.7; Boylestad, cap. 21]. Complementi su SMPS; power RF; power-line communication; active PFC; MPPT nel fotovoltaico; gestione delle batterie ricaricabili e bilanciamento. Propedeuticita' --------------- Teoria dei circuiti, Elettronica, Reti logiche. Esame ===== Ogni parte ha il suo orale. Il voto finale e' dato, ovviamente, dalla media pesata dei voti delle parti, e viene registrato dal titolare del corso. Lo studente e' pregato - per gli appelli "ufficiali": - di iscriversi all'appello su ESSE3, specificando, nel campo "note per il docente", a quale parte e' interessato - di spedire un email al docente della parte di cui intende sostenere l'orale - per gli appelli "mensili": - di spedire un email al docente della parte di cui intende sostenere l'orale Testi ===== Per il primo modulo, parte prima -------------------------------- Boylestad, Nashelsky, "Electronic devices and circuit theory", Prentice Hall, 1996 (Bibl. Deei 04/E/0076). Pier Ugo Calzolari, Sergio Graffi, "Elementi di elettronica" Zanichelli, 1984 (Bibl. Tecn. Sc. 21a / 0175) Feldman, "The Physics and circuit properties of transistors", John Wiley & Sons, ?? (fotocopie presso prof. Carrato) Fonstad, ``Microelectronic devices and circuits'', McGraw-Hill, 1994 (Bibl. Tecn. Sc. XXIa/186). Ghione, ``Dispositivi per la microelettronica, Mc Graw-Hill, 1998 (Bibl. Tecn. Sc. XXIa/192/bis). Gray et al., "Physical Electronics and circuit models of transistors", John Wiley & Sons, ?? (Bibl. Deei II/F/78II e IV/B/35/II) A. Hastings, "The art of analog layout", Prentice Hall, 2001 (Bibl. Tecn. Sc. 21b/0021). Horowitz, Hill, The art of electronics, 3rd edition (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0155) Chenming C. Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, Prentice-Hall, 2009 (Bibl. Tecn. Sc. 21a / 0252) H. Kaeslin, ``Digital Integrated Circuit Design'', Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2008 (Bibl. Tecn. Sc. 20a / 0158). Mayer, Lau, "Electronic Material Science: For Integrated Circuits inSi and GaAs", MacMillan Publishing Company, New York, 1990 (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0218) Neamen, "Semiconductor physics & devices", Irwin/McGraw-Hill, 1997 (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0198). K. G. Nichols and E. V. Vernon, "Transistor physics", Chapman and Hall, 1966 (Bibl. Tecn. Sc. 21a / 0063) Pierret, Field effect devices, 2nd edition, Addison-Wesley (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0222). Pierret, Advanced semiconductor fundamentals, 2nd edition, Prentice Hall, 2002 (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0220) Rabaey, "Digital integrated circuits, a design perspective", Prentice-Hall, 2003 (Bibl. Tecn. Sc. 21b/0028) B. Razavi, Design of analog CMOS integrated circuits, McGraw-Hill, 2001 (Bibl. Tecn. Sc. 21b/0025) Seidman, ``Integrated circuits applications handbook'', John Wiley & Sons (Bibl. Deei 4/B/96). Singh, ``Semiconductor devices'', McGraw-Hill, 1994 (Bibl. Tecn. Sc. XXIa/197) Sze02, ``Semiconductor devices, physics and technology'', 2nd edition, John Wiley & Sons, 2002 (Bibl. Tecn. Sc. 21/a/225). Tuinenga, ``SPICE: a guide to circuit simulation and analysis using PSpice'', Prentice Hall, 1992 (Bibl. Tecn. Sc. XXib/13). Uyemura, ``Physical design of CMOS integrated circuits using L-EDIT'', PWS publishing company, 1995 (Bibl. Tecn. Sc. XXIb/0018). Bart Van Zeghbroeck, ``Principles of semiconductor devices'', http://ece-www.colorado.edu/~bart/book/book/title.htm Application notes varie (Analog Devices, Texas Instruments, National...) disponibili sul sito web di Sergio Carrato. Per il primo modulo, parte seconda ---------------------------------- J. M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. NikolicDigital IntegratedCircuits: A Design Perspective, Pearson, 2003 (Bibl. Tecn. Sc. 21b / 0028) Paolo Spirito, Elettronica Digitale, McGraw-Hill, 2006 (Bibl. Tecn. Sc. 21b / 0045) Per il secondo modulo --------------------- Application notes varie (Analog Devices, Texas Instruments, National Semiconductors...) disponibili sul sito web del docente Gray, Analysis and design of analog integrated circuits, McGraw-Hil, Milano, 1987 (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0168) Horowitz, Hill, The art of electronics, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2015 (Bibl. Tecn. Sc. 21a/0155) H. Kaeslin, Digital integrated circuit design, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2008 (Bibl. Tecn. Sc. 20a/0158)