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Fundamentals of Microelectronics and VLSI

Corso Ingegneria Elettrica ed Elettronica LM-29
Curriculum Electrical and Electronic Engineering
Orientamento Orientamento unico
Anno Accademico 2021/2022
Crediti 12
Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/01
Anno Primo anno
Unità temporale Secondo semestre
Ore aula 96
Attività formativa Attività formative caratterizzanti

Canale unico

Docente FORTUNATO PEZZIMENTI
Obiettivi Il corso di Fundamentals of Microelectronics and VLSI riguarda l’approfondimento dello studio dei circuiti elettronici per l’elaborazione del segnale analogico e digitale. In particolare, lo studente acquisirà le tecniche per la generazione di segnali sinusoidali e per il trattamento di segnali analogici utilizzando circuiti di condizionamento e filtri attivi. Conoscenze sugli stadi di potenza e sui principali circuiti per la conversione analogico-digitale completano la questa prima parte del corso. Nella seconda parte, il corso intende introdurre gli studenti al flusso di progettazione dei sistemi elettronici VLSI e particolare importanza vuole essere data agli aspetti tecnologici che caratterizzano la produzione dei sistemi VLSI odierni. Un esempio sono gli effetti DSM (Deep Sub Micron) che introducono una serie di problematiche totalmente nuove rispetto alle tecnologie della fine del secolo scorso. Il corso si propone una forte componente pratica che consiste nello svolgimento di numerose esercitazioni in laboratorio basate sull’utilizzo degli appositi tool di simulazione e sintesi circuitale.

Conoscenza e comprensione: a seguito del superamento dell’esame, lo studente conosce i principi fondamentali di funzionamento dei circuiti elettronici analogici e digitali per il processamento di segnale. Conosce le principali metodologie di progetto dei moderni circuiti VLSI. In particolare, ha una conoscenza di base del linguaggio VHDL per il progetto di sistemi complessi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: a seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di analizzare e progettare circuiti analogici e digitali per la generazione ed il condizionamento di segnali. Inoltre egli è in grado di analizzare e progettare circuiti VLSI facendo riferimento in particolare alle logiche programmabili di tipo FPGA. Infine, lo studente è in grado di analizzare il comportamento di complessi circuiti elettronici sia analogici che digitali con riferimento alla letteratura.

Autonomia di giudizio: per il superamento dell'esame lo studente deve rispondere autonomamente a domande teoriche, analitiche e progettuali a risposta libera ed è quindi portato a sviluppare autonomia di giudizio sulla completezza, la profondità e la correttezza delle risposte liberamente fornite.

Abilità comunicative: a seguito del superamento dell’esame lo studente è in grado di illustrare le motivazioni teoriche e tecniche che sono alla base delle proprietà di circuiti fondamentali sia analogici che digitali. Inoltre lo studente è in grado di analizzare le principali sfide di progetto dei moderni circuiti VLSI attraverso un linguaggio appropriato e consapevole.

Capacità di apprendimento: a seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di apprendere in autonomia altre caratteristiche di base della moderna elettronica circuitale da applicare in nuove configurazioni circuitali e/o nel progetto VLSI.


Modalità di accertamento e valutazione
L'esame di accertamento consiste in una prova scritta e orale, volte ad accertare la comprensione dei metodi teorici e pratici per l’analisi e la sintesi di circuiti elettronici analogici e digitali, voto massimo 30/30 e lode.

30 e lode: conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti, eccellente proprietà di linguaggio, completa ed originale capacità interpretativa, piena capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
28 - 30: conoscenza completa e approfondita degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, completa ed efficace capacità interpretativa, in grado di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
24 - 27: conoscenza degli argomenti con un buon grado di padronanza, buona proprietà di linguaggio, corretta e sicura capacità interpretativa, buona capacità di applicare in modo corretto la maggior parte delle conoscenze per risolvere i problemi proposti;
20 - 23: conoscenza adeguata degli argomenti ma limitata padronanza degli stessi, soddisfacente proprietà di linguaggio, corretta capacità interpretativa, più che sufficiente capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
18 - 19: conoscenza di base degli argomenti principali, conoscenza di base del linguaggio tecnico, sufficiente capacità interpretativa, sufficiente capacità di applicare le conoscenze di base acquisite;
<18 Insufficiente: lo studente non possiede una conoscenza accettabile degli argomenti trattati durante il corso.
Programma Sistemi SSI, MSI, VLSI, ULSI. Concetto di System on Chip (SoC). Sistemi attuali e di prossima generazione. Approccio standard cells. Librerie AMS. Flusso di progetto VLSI. Introduzione al VHDL. Esempi di codice VHDL sintetizzabile.
Progetto di FPGA. Netlist del circuito. Sintesi logica. Simulazione di timing. Elementi di Physical Design: Floorplanning, Placement e Routing.
Sintesi della rete di clock. Routing delle line di power. Integrazione di SoC. Testabilità dei sistemi VLSI. Esempi di applicazioni e blocchi funzionali. Effetti DSM (Deep Sub Micron).
Consumo di potenza nei SoC. Tecniche di controllo e distribuzione della potenza. Progettazione a bassa potenza.
Sistemi di comunicazione: Bus, Network on Chip (NoC). Bus condiviso. Crossbar. Tipologie di NoC. Deadlock.
System in Package (SiP). Integrazione Multi-chip. Cenni sulle interconnessioni ottiche on-chip.
Testi docente - J. M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic, "Digital integrated circuits: a design perspective", Second Edition, ed. Prentice Hall, 2003.
- Dispense a cura del docente.
Erogazione tradizionale
Erogazione a distanza No
Frequenza obbligatoria No
Valutazione prova scritta
Valutazione prova orale
Valutazione test attitudinale No
Valutazione progetto No
Valutazione tirocinio No
Valutazione in itinere No
Prova pratica No
Docente RICCARDO CAROTENUTO
Obiettivi Il corso di Fundamentals of Microelectronics and VLSI riguarda l’approfondimento dello studio dei circuiti elettronici per l’elaborazione del segnale analogico e digitale. In particolare, lo studente acquisirà le tecniche per la generazione di segnali sinusoidali e per il trattamento di segnali analogici utilizzando circuiti di condizionamento e filtri attivi. Conoscenze sugli stadi di potenza e sui principali circuiti per la conversione analogico-digitale completano la questa prima parte del corso. Nella seconda parte, il corso intende introdurre gli studenti al flusso di progettazione dei sistemi elettronici VLSI e particolare importanza vuole essere data agli aspetti tecnologici che caratterizzano la produzione dei sistemi VLSI odierni. Un esempio sono gli effetti DSM (Deep Sub Micron) che introducono una serie di problematiche totalmente nuove rispetto alle tecnologie della fine del secolo scorso. Il corso si propone una forte componente pratica che consiste nello svolgimento di numerose esercitazioni in laboratorio basate sull’utilizzo degli appositi tool di simulazione e sintesi circuitale.

Conoscenza e comprensione: a seguito del superamento dell’esame, lo studente conosce i principi fondamentali di funzionamento dei circuiti elettronici analogici e digitali per il processamento di segnale. Conosce le principali metodologie di progetto dei moderni circuiti VLSI. In particolare, ha una conoscenza di base del linguaggio VHDL per il progetto di sistemi complessi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: a seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di analizzare e progettare circuiti analogici e digitali per la generazione ed il condizionamento di segnali. Inoltre egli è in grado di analizzare e progettare circuiti VLSI facendo riferimento in particolare alle logiche programmabili di tipo FPGA. Infine, lo studente è in grado di analizzare il comportamento di complessi circuiti elettronici sia analogici che digitali con riferimento alla letteratura.

Autonomia di giudizio: per il superamento dell'esame lo studente deve rispondere autonomamente a domande teoriche, analitiche e progettuali a risposta libera ed è quindi portato a sviluppare autonomia di giudizio sulla completezza, la profondità e la correttezza delle risposte liberamente fornite.

Abilità comunicative: a seguito del superamento dell’esame lo studente è in grado di illustrare le motivazioni teoriche e tecniche che sono alla base delle proprietà di circuiti fondamentali sia analogici che digitali. Inoltre lo studente è in grado di analizzare le principali sfide di progetto dei moderni circuiti VLSI attraverso un linguaggio appropriato e consapevole.

Capacità di apprendimento: a seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di apprendere in autonomia altre caratteristiche di base della moderna elettronica circuitale da applicare in nuove configurazioni circuitali e/o nel progetto VLSI.


Modalità di accertamento e valutazione
L'esame di accertamento consiste in una prova scritta e orale, volte ad accertare la comprensione dei metodi teorici e pratici per l’analisi e la sintesi di circuiti elettronici analogici e digitali, voto massimo 30/30 e lode.

30 e lode: conoscenza completa, approfondita e critica degli argomenti, eccellente proprietà di linguaggio, completa ed originale capacità interpretativa, piena capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
28 - 30: conoscenza completa e approfondita degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, completa ed efficace capacità interpretativa, in grado di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
24 - 27: conoscenza degli argomenti con un buon grado di padronanza, buona proprietà di linguaggio, corretta e sicura capacità interpretativa, buona capacità di applicare in modo corretto la maggior parte delle conoscenze per risolvere i problemi proposti;
20 - 23: conoscenza adeguata degli argomenti ma limitata padronanza degli stessi, soddisfacente proprietà di linguaggio, corretta capacità interpretativa, più che sufficiente capacità di applicare autonomamente le conoscenze per risolvere i problemi proposti;
18 - 19: conoscenza di base degli argomenti principali, conoscenza di base del linguaggio tecnico, sufficiente capacità interpretativa, sufficiente capacità di applicare le conoscenze di base acquisite;
<18 Insufficiente: lo studente non possiede una conoscenza accettabile degli argomenti trattati durante il corso.
Programma Retroazione: Richiami. Retroazione negativa e positiva. Tipologie di base degli amplificatori retroazionati e loro analisi. Esempi di circuiti elettronici pratici retroazionati.

Generazione ed elaborazione di forme d’onda: Generalità. Oscillatori sinusoidali a singolo transistor. Multivibratori: bistabili, monostabili e astabili. Rettificatori di precisione. Compressione logaritmica.

Applicazioni degli amplificatori operazionali: Filtri attivi, Filtro passa basso, Filtro passa alto, Filtro passa-banda. Circuiti a condensatori commutati: Integratore a condensatori commutati, Integratore non invertente, Filtri a capacità commutate.
Convertitori D/A: a rete resistiva binaria, a rete resistiva R-2R.
Convertitori A/D: a controreazione, a doppia rampa, flash.

Stadi di Uscita: Stadio di uscita in Classe A, Rendimento degli amplificatori in classe A, Stadio di uscita in classe B, Amplificatori in classe AB, Stadi di uscita in classe AB per amplificatori operazionali.
Testi docente A. Sedra, K. C. Smith, “Circuiti per la Microelettronica”, Oxford University Press, New York (USA). Edizione Italiana a cura di Aldo Ferrari, distribuito da Edizioni Ingegneria 2000, Roma.
R. C. Jaeger, “Microelettronica”, ed. McGraw Hill Italia.
Appunti e slides delle lezioni.
Erogazione tradizionale
Erogazione a distanza
Frequenza obbligatoria No
Valutazione prova scritta
Valutazione prova orale
Valutazione test attitudinale No
Valutazione progetto No
Valutazione tirocinio No
Valutazione in itinere No
Prova pratica No

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Nessuna lezione pubblicata
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