ID:
70357
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
ELETTRONICA
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA/Percorso Comune Anno: 3
Anno:
2025
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (22/09/2025 - 17/12/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso riprende i principali argomenti visti nel corso di Sistemi Elettronici Digitali, da un punto di vista di logico/sistemistico, e ne approfondisce le realizzazioni circuitali, permettendo quindi di comprendere le motivazioni alla base delle diverse scelte progettuali. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno le tecniche di analisi e progetto dei circuiti e sistemi digitali integrati con attenzione ai problemi legati al consumo di potenza, all’integrità dei segnali, al loro collaudo. In particolare: • elementi di base della tecnologia dei semiconduttori; • caratteristiche fondamentali di un circuito CMOS; • conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi digitali complessi e delle loro interconnessioni con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, occupazione d'area, immunità ai disturbi e consumo di potenza; • funzionamento e dimensionamento dei blocchi combinatori, statici e dinamici; • funzionamento e dimensionamento di circuiti sequenziali, statici e dinamici; • temporizzazione dei circuiti elettronici: distribuzione del segnale di sincronismo e deviazioni rispetto alle attese; • collaudo dei circuiti integrati digitali. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) riguarderanno l’analisi e la progettazione di sistemi digitali utilizzando componenti dedicati. In particolare: • analizzare il comportamento di circuiti digitali in condizioni statiche e dinamiche; • identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento di un circuito digitale; • identificare i circuiti combinatori e sequenziali più idonei per il progetto di uno specifico sistema elettronico; • comprendere i problemi di temporizzazione che possono evidenziarsi durante il progetto di un sistema elettronico; • individuare la procedura di collaudo più idonea per un sistema elettronico; • individuare i vincoli di progetto di un sistema di autocollaudo in un circuito integrato digitale.
Prerequisiti
Per seguire il corso è necessario avere piena conoscenza delle basi di Sistemi Elettronici Digitali.
In particolare è necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite da corsi del 1° e 2° anno:
• concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale;
• conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• conoscenze della teoria dei circuiti: legge di Ohm e di Kirchhoff e loro applicazione pratica; metodi per trattare i circuiti elettrici in regime continuo e transitorio;
• conoscenze delle reti logiche: aritmetica binaria; circuiti combinatori e sequenziali;
• capacità di analizzare a livello logico sistemi digitali di dimensioni ridotte.
In particolare è necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite da corsi del 1° e 2° anno:
• concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale;
• conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• conoscenze della teoria dei circuiti: legge di Ohm e di Kirchhoff e loro applicazione pratica; metodi per trattare i circuiti elettrici in regime continuo e transitorio;
• conoscenze delle reti logiche: aritmetica binaria; circuiti combinatori e sequenziali;
• capacità di analizzare a livello logico sistemi digitali di dimensioni ridotte.
Metodi didattici
In via sperimentale il corso sarà tenuto in modalità “flipped classroom”. Ciò significa che le lezioni sono già state videoregistrate e sono fruibili in modo autonomo da parte degli studenti, seguendo una scaletta temporale proposta dal docente. Ogni settimana ci saranno uno o due incontri in aula nei quali verranno ripetuti dal docente i punti fondamentali delle lezioni proposte per la settimana precedente, verranno poste domande che serviranno allo studente per un’autoverifica dell’apprendimento e verranno risolti alcuni esercizi.
Verifica Apprendimento
L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. L’esame è costituito da una prova a quiz, lasciando allo studente comunque la possibilità di sostenere un esame orale integrativo. La prova a quiz verte su tutti gli argomenti trattati nel corso. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia e la comprensione degli argomenti di base. La prova è costituita da 33 domande (quiz a risposta multipla, con un’unica risposta corretta, sia su aspetti di teoria che su semplici esercizi). La risposta corretta assegna 1 punto, la risposta sbagliata assegna -0.5 punti, la mancata risposta 0 punti. Per superare la prova è necessario acquisire almeno 18 punti su 33. Il tempo previsto per la prova è di 66 minuti. Non è consentito consultare testi o utilizzare PC, smart phone, calcolatrici, ecc. Il superamento della prova è testimonianza dell’aver acquisto sufficienti conoscenze sulla tecnologia e la fisica dei semiconduttori, sulle logiche combinatorie statiche e dinamiche, sui circuiti sequenziali, sulle principali cause di disturbo, sulle problematiche relative alle linee di trasmissione e sulle tematiche relative al collaudo dei circuiti integrati. Lo studente che abbia comunque raggiunto la sufficienza (punteggio maggiore o uguale a 18) ma che non fosse soddisfatto del punteggio ottenuto può sostenere una prova orale, nella quale non sarà valutata tanto l'abilità nel "ripetere" qualche argomento trattato a lezione, quanto la capacità di collegare e confrontare aspetti diversi trattati durante il corso. La prova ha anche l’obiettivo di esercitare lo studente nella presentazione orale delle proprie conoscenze e competenze, con un effetto formativo nell’ambito delle Soft Skills. La valutazione della prova orale può portare a un aumento, ma anche ad una diminuzione, del voto conseguito nella prova scritta.
Testi
Appunti forniti dal docente. Il materiale didattica sarà interamente disponibile prima dell’inizio del corso su classroom.google.it con il codice bnxtbagw
Contenuti
Il corso prevede 60 ore. Trattando argomenti di base non sono previste esercitazioni di laboratorio.
Introduzione al corso
Riepilogo dei punti fondamentali visti nel corso di Sistemi Elettronici Digitali
Tecnologia dei semiconduttori
Semiconduttori – Diodo - Processi tecnologici di base: ossidazione, fotolitografia, drogaggio, metallizzazione - Considerazioni sui costi della tecnologia del Silicio
Transistore MOS
Fisica del transistore MOS - Tensione di soglia - Caratteristica Ids/Vds - Esempi polarizzazione nMOS Transistore pMOS
Porte logiche statiche
Famiglie logiche (parametri di confronto) – Caratteristiche statica e dinamica - Invertitore CMOS - caratteristica statica - Soglia logica - Dimensionamento simmetrico e ad area minima - Consumo di potenza dinamico - Consumo di potenza di short circuit e leakage - Modellistica connessioni - Resistenze - Capacità - Transitori di commutazione di un invertitore CMOS - Modello switch - Transitori in un NOR CMOS - Confronto NAND-NOR - FCMOS - trend capacità - Switching activity - Statistica dei segnali - Correlazioni tra i segnali - Logiche a rapporto - Logiche differenziali (DCVSL) - Logiche a pass transistor - Problemi nelle logiche a pass transistor. Utilizzo di level restorer - Pass transistor a soglia ridotta - Transfer gate
Cross talk e ground bouncing
Cross talk capacitivo;: cause ed effetti – Differenza tra linee floating e linee pilotate – Ground bouncing: cause ed effetti – Differenza tra stadi interni e stati di uscita – tecniche per la riduzione del ground bouncing.
Porte logiche dinamiche
Cross talk capacitivo – Partitore capacitivo - Logiche dinamiche: Velocità, consumo di potenza, switching activity - Corrente di leakage - Ridistribuzione di carica - Accoppiamento capacitivo - Connessione tra circuiti dinamici - Domino - Riepilogo dei diversi circuiti combinatori
Circuiti sequenziali
Circuiti sequenziali - Temporizzazioni - Registri edge triggered - Level sensitive latchs - Flip-flop - Clock Overlapping - Registri dinamici - Flip flop SR – C2MOS - Temporizzazione e sincronismo - Sistemi sincroni e asincroni temporizzati - Skew - Effetti su prestazioni e funzionalità - Jitter - Effetto su prestazioni - Effetto combinato di skew e jitter - Origine di skew e jitter – Parallelismo e pipeline - Tecniche di distribuzione del clock - Logiche autotemporizzate - Circuiti di "fine operazione" - Replica del ritardo - Segnali di controllo
Relazioni consumo-velocità
Controllo della potenza - Doppie alimentazione e tensione di soglia - Controllo run-time dell'alimentazione
Linee RC e linee di trasmissione
Trend resistenze - Reti RC distribuite - Esempi reti RC distribuite - Linee di trasmissione - Impedenza caratteristica - Onda riflessa ed onda trasmessa - Esempi dettagliati di comportamento in funzione della resistenza di sorgente - Caso reale con circuiti CMOS - Adattamento al carico e alla sorgente - Intervallo del rapporto Rs/Zo
Collaudo dei circuiti integrati
Costo del collaudo - Definizioni - Characterization & production testing - Collaudo parametrico e funzionale - Filosofia del collaudo - Generazione automatica dei vettori di collaudo - Simulazione di guasti - Esempio di controllabilità e osservabilità di un guasto - Generazione casuale - Design For Testability (DFT) - Aspetti economici del DFT - Metodi ad hoc - Scan design - Registri per scan design - Partial Scan - BIST: filosofia, vantaggi e svantaggi - Architettura BIST - Generazione random e pseudorandom - ALFRS - Generazione pesata - Analisi della risposta del circuito - Signature analysis - Stima dell'errore di aliasing - MISR - Procedura di progetto per il BIST – Boundary Scan test: comandi e funzioni
Introduzione al corso
Riepilogo dei punti fondamentali visti nel corso di Sistemi Elettronici Digitali
Tecnologia dei semiconduttori
Semiconduttori – Diodo - Processi tecnologici di base: ossidazione, fotolitografia, drogaggio, metallizzazione - Considerazioni sui costi della tecnologia del Silicio
Transistore MOS
Fisica del transistore MOS - Tensione di soglia - Caratteristica Ids/Vds - Esempi polarizzazione nMOS Transistore pMOS
Porte logiche statiche
Famiglie logiche (parametri di confronto) – Caratteristiche statica e dinamica - Invertitore CMOS - caratteristica statica - Soglia logica - Dimensionamento simmetrico e ad area minima - Consumo di potenza dinamico - Consumo di potenza di short circuit e leakage - Modellistica connessioni - Resistenze - Capacità - Transitori di commutazione di un invertitore CMOS - Modello switch - Transitori in un NOR CMOS - Confronto NAND-NOR - FCMOS - trend capacità - Switching activity - Statistica dei segnali - Correlazioni tra i segnali - Logiche a rapporto - Logiche differenziali (DCVSL) - Logiche a pass transistor - Problemi nelle logiche a pass transistor. Utilizzo di level restorer - Pass transistor a soglia ridotta - Transfer gate
Cross talk e ground bouncing
Cross talk capacitivo;: cause ed effetti – Differenza tra linee floating e linee pilotate – Ground bouncing: cause ed effetti – Differenza tra stadi interni e stati di uscita – tecniche per la riduzione del ground bouncing.
Porte logiche dinamiche
Cross talk capacitivo – Partitore capacitivo - Logiche dinamiche: Velocità, consumo di potenza, switching activity - Corrente di leakage - Ridistribuzione di carica - Accoppiamento capacitivo - Connessione tra circuiti dinamici - Domino - Riepilogo dei diversi circuiti combinatori
Circuiti sequenziali
Circuiti sequenziali - Temporizzazioni - Registri edge triggered - Level sensitive latchs - Flip-flop - Clock Overlapping - Registri dinamici - Flip flop SR – C2MOS - Temporizzazione e sincronismo - Sistemi sincroni e asincroni temporizzati - Skew - Effetti su prestazioni e funzionalità - Jitter - Effetto su prestazioni - Effetto combinato di skew e jitter - Origine di skew e jitter – Parallelismo e pipeline - Tecniche di distribuzione del clock - Logiche autotemporizzate - Circuiti di "fine operazione" - Replica del ritardo - Segnali di controllo
Relazioni consumo-velocità
Controllo della potenza - Doppie alimentazione e tensione di soglia - Controllo run-time dell'alimentazione
Linee RC e linee di trasmissione
Trend resistenze - Reti RC distribuite - Esempi reti RC distribuite - Linee di trasmissione - Impedenza caratteristica - Onda riflessa ed onda trasmessa - Esempi dettagliati di comportamento in funzione della resistenza di sorgente - Caso reale con circuiti CMOS - Adattamento al carico e alla sorgente - Intervallo del rapporto Rs/Zo
Collaudo dei circuiti integrati
Costo del collaudo - Definizioni - Characterization & production testing - Collaudo parametrico e funzionale - Filosofia del collaudo - Generazione automatica dei vettori di collaudo - Simulazione di guasti - Esempio di controllabilità e osservabilità di un guasto - Generazione casuale - Design For Testability (DFT) - Aspetti economici del DFT - Metodi ad hoc - Scan design - Registri per scan design - Partial Scan - BIST: filosofia, vantaggi e svantaggi - Architettura BIST - Generazione random e pseudorandom - ALFRS - Generazione pesata - Analisi della risposta del circuito - Signature analysis - Stima dell'errore di aliasing - MISR - Procedura di progetto per il BIST – Boundary Scan test: comandi e funzioni
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
3 anni
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Persone
Persone
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