Tecnologie e Processi di fabbricazione dei circuiti integrati. Elementi di reti logiche. Memorie Dual-Port, FIFO, Memorie dinamiche, Memorie EEPROM e FLASH. Circuiti sincroni e clock di sistema. Metastabilità. Sistemi di Numerazione. Circuiti Digitali Programmabili: CPLD e FPGA. Linguaggio VHDL. Ambiente di sviluppo Quartus II.
Paolo Spirito, ELETTRONICA DIGITALE , McGraw-Hill
M. M. Mano, C.R. Kime, RETI LOGICHE, Pearson, Prentice Hall
J. M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic, CIRCUITI INTEGRATI DIGITALI, Pearson, Prentice Hall
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di sviluppare la conoscenza dei componenti e dei circuiti fondamentali dell'Elettronica digitale. Gli studenti apprenderanno l'utilizzo dei moderni circuiti programmabili anche con esercitazioni di laboratorio.
Prerequisiti
Elettronica Generale
Si consiglia inoltre di seguire prima il corso di Elettronica dei Sistemi Digitali
Metodi Didattici
Lezioni orali.
Esercitazioni in Laboratorio
Modalità di verifica apprendimento
Esame scritto e/o orale
Programma del corso
Tecnologie dei Circuiti Integrati bipolari e MOS.
Caratteristiche generali delle tecnologie monolitiche planari. Processi fondamentali: crescita dei substrati, crescita epitassiale, processi di diffusione, ossidazione del Silicio, mascheratura e incisione, progetto e fabbricazione del layout, deposizione di film sottile. Processo di fabbricazione dei transistori bipolari npn e pnp. Diodi integrati. Diodi e transistori Schottky. Diodi Zener. Resistori integrati a diffusione: realizzazione nella zona di base e di emettitore. Resistori epitassiali e a impianto ionico. Resistori 'pinched'. Resistori a film sottile. Tolleranze e matching , deriva termica e tracking dei resistori. Tecniche di trimming. Trimming a laser dei resistori in film sottile. Capacitori integrati a giunzione. Capacitori integrati MOS. Capacitori con armature di Polysilicon. Tecnologie fabbricative dei diversi tipi di transistori MOS. Tecniche di autoallineamento del gate. Tecnica del Polysilicon gate. Impiego dell'impianto ionico. Struttura CMOS. Tecnologie HMOS. Processi di controllo sul wafer, taglio, assemblaggio e incapsulamento dei chips. Tipi di contenitore. Cause di malfunzionamento. Prove ambientali. Prove di vita accelerata. Affidabilità.
Tolleranza e matching delle caratteristiche dei circuiti integrati. Deriva e tracking in temperatura.
Circuiti integrati per applicazioni specifiche ( ASIC ). Circuiti 'Gate Arrays'. Circuiti 'standard cells', Tecnica a macro celle.
Memorie digitali
Cella dual-port, memorie dual-port, indirizzamento della memoria dual-port. Memoria FIFO, logica di funzionamento, generazione dei flag FE, FF, circuito di arbitraggio, connessione in cascata di memorie FIFO. Cella di memoria RAM dinamica. Il problema del refreshing nelle memorie dinamiche. DRAM con cella a singolo MOS: architettura del banco di memoria e degli amplificatori di sensing e refreshing. Memorie DDR1, DDR2, DDR3. Struttura e operazione dei FAMOS. Programmazione e cancellazione delle EPROM. Memorie Flash.
Sistemi di Numerazione
Rappresentazione binaria diretta e con offset. Fixed e Block Floating point. Cenno alla rappresentazione floating point. Range di valori rappresentabile, operazioni e conversioni
Circuiti digitali programmabili
Richiami di reti logiche: algebra booleana; analisi e sintesi di circuiti combinatori e sequenziali. Accenni all'architettura di PROM, PAL, CPLD, e architettura dettagliata delle FPGA. Analisi di un dispositivo commerciale. Linguaggio VHDL: Strutture principali, descrizione di circuiti combinatori e macchine a stati. CAD applicati ai circuiti programmabili: Tecnica di progetto Top-Down, Schematic Entry, Simulazione, Fitting, Configurazione. Ambiente di sviluppo Quartus II di Altera. Temporizzazioni nelle CPLD/FPGA
Esercitazioni di laboratorio:
Gli studenti metteranno in pratica quanto appreso sulla programmazione di circuiti quali CPLD e FPGA su di una scheda di sviluppo basata su FPGA. Gli studenti realizzeranno piccoli progetti ed esercizi utilizzando l'ambiente di sviluppo Quartus II ed il linguaggio di programmazione VHDL.