MICROELECTRONICS

Anno accademico 2018/2019 - 2° anno
Docente: Salvatore PENNISI
Crediti: 6
SSD: ING-INF/01 - Elettronica
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 100 di studio individuale, 35 di lezione frontale, 15 di esercitazione
Semestre:
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Obiettivi formativi

Il corso si prefigge di fornire le conoscenze avanzate sui circuiti di tipo analogico e mixed signal CMOS in applicazioni a bassa frequenza. In particolare, saranno introdotte le tecniche di progettazione di Comparatori e compensazione dell'offset, Amplificatori e tecniche per l'ottimizzazione dei parametri prestazionali, Filtri integrati e Convertitori per dati. Inoltre, durante il corso sono previste esercitazioni numeriche e al calcolatore finalizzate al consolidamento delle tematiche e delle tecniche trattate durante le lezioni frontali.

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di selezionare le topologie più adatte alle specifiche date e di progettare blocchi base e avanzati di tipo analogico e mixed signal presenti nei moderni sistemi integrati.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento prevede sia lezioni frontali sia esercitazioni numeriche e al simulatore (CAD), mirate a mettere in pratica, sviluppare e consolidare i contenuti teorici e le tecniche di progettazione sviluppate. Saranno inoltre organizzati dei Seminari tenuti da ricercatori e progettisti provenienti da industrie operanti nel settore della microelettronica.


Prerequisiti richiesti

Conoscenza di elementi di elettronica analogica, teoria della retroazione, teoria dei circuiti, teoria dei segnali.


Frequenza lezioni

La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente consigliata in quanto vengono tenute e assegnate esercitazioni propedeutiche allo svolgimento dell'elaborato di corso.


Contenuti del corso

  1. Dall’Elettronica alla microelettronica e alla nanoelettronica. Tecnologie VLSI. Circuit i Integrati per applicazioni specifiche. Flusso di progettazione di circuiti integrati.
  2. Amplificatori operazionali (OAs) e retroazione. Applicazioni: amplificatori per strumentazione, e per sensori. Effetto della banda e guadagno finiti. Architetture. Stadi di uscita. Il uA741. Amplificatori non convenzionali (Current Feedback OAs, Current-mode OAs, Current Conveyors).
  3. Compensazione in frequenza. Distorsione armonica. Rumore. Slew Rate.
  4. Operational Transconductance Amplifiers (OTAs). Miller OTA (in classe A e AB). Folded Cascode OTA. Telescopic OTA etc. Soluzioni a bassa tensione di alimentazione. Amplificatori multistadio. Esempi di progetto. Architetture fully differential. Schemi per il controllo del modo comune.
  5. Comparatori. Architetture e applicazioni. Comparatori con auto zero. Trigger di Schmitt invertente e noninvertente.
  6. Filtri. Principi base e classificazioni. Confronto tra filtri analogici e digitali. Filtri passivi e attivi, tempo continui e tempo discreti. Implementazione di celle del primo e del second ordine in tecnica RLC, Active-RC, Switched-Capacitor, Gm-C and MOSFET-C. Celle biquadratiche (Thow-Tomas, Sallen-Key, Ackerberg-Mossberg, Delyannis-Friend). Filtri di ordine elevato. Giratori. Tuning automatic per filtri Gm-C.
  7. Convertitori A/D e D/A. Principi base della conversione A/D e D/A. Architetture e specifiche per circuiti di Sample and Hold. Esempi di architetture di conv. A/D: full flash, two step flash, time interleaved, successive approximation, ramp. Esempi di architetture di conv. D/A: current-steering (binary, thermometric, segmented), resistor-string, capacitor-string, ramp.
  8. Computer Aided Design Tools per la microelettronica.

Testi di riferimento

1. D. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, Wiley&Sons, 1997.
2. Schaumann, Van Valkemburg, Design of Analog Filters, Oxford UniversityPress, 2001.
3. R. Van De Plassche, Integrated Analog-to-Digital and Digital-to-Analog Converters; Kluwer Academic Publishers, 1994.
4.G. Palumbo, Pennisi, Feedback Amplifiers: Theory and Design, Kluwer Academic Publishers, 2002.



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Amplificatori operazionali CMOS (cenno con BJT)1, lucidi 
2*Applicazioni con OpAmps1, data sheets forniti 
3*Comparatori1, lucidi 
4*Filtri a componenti discreti e a circuito integrato2,1 
5*Convertitori A/D e D/A3,1 
6SPICE e Ambiente Cadence/VirtuosoGuide operative 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale preceduta dalla presentazione di un elaborato di corso.

L'elaborato viene svolto tipicamente in gruppo (di 2-4 studenti). L'elaborato verte sulla progettazione e simulazione di circuiti integrati a livello transistore.

La prova orale consta tipicamente di 3 domande. Una domanda verte sull'elaborato, una sui filtri e una sui convertitori per dati. Il voto complessivo dell'esame, in trentesimi, tiene conto dell'elaborato e della risposta alle 3 domande, in termini di completezza, accuratezza e proprietà di linguaggio. La durata media della prova orale è di 30 min.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

  • Comparatori
  • Trigger di Schmitt
  • Filtro di Sallen Key
  • Integratori SC
  • Current steering DAC
  • S/H compensato all'offset
  • Flash ADC