- Oggetto:
- Oggetto:
Elettronica applicata
- Oggetto:
Applied Electronics
- Oggetto:
Anno accademico 2020/2021
- Codice dell'attività didattica
- FIS0010
- Docenti
- Prof. Angelo Rivetti (Titolare del corso)
Dott. Luca Pacher (Titolare del corso) - Corso di studi
- 008510-101 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica Nucleare e Subnucleare e Biomedica
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
008510-104 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico e delle Tecnologie Avanzate - Anno
- 1° anno 2° anno
- Periodo didattico
- Primo periodo didattico
- Tipologia
- B=Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD dell'attività didattica
- FIS/01 - fisica sperimentale
- Modalità di erogazione
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano/ English upon request of an Erasmus student
- Modalità di frequenza
- Facoltativa
- Tipologia d'esame
- Scritto ed orale
- Prerequisiti
-
È consigliata la frequenza del corso di Elettronica (MFN0573) della Laurea Triennale in Fisica.
It is recommended to have attended the course Electronics (MFN0573) during the Bachelor Degree in Physics. - Propedeutico a
-
Laboratorio Avanzato di Elettronica (MFN1324) e altri corsi di elettronica per la Laurea Magistrale in Fisica.
Advanced Electronics Laboratory (MFN1324) and other electronics courses for the Master Degree on Physics. - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Obiettivi formativi: • Fornire allo studente del secondo biennio, specializzando in fisica di tipo sperimentale, nozioni sul funzionamento di circuiti elettronici normalmente usati nei sistemi di misura, valutandone le prestazioni ed i limiti. • Il corso tratta le basi dell’ elettronica analogica e digitale con un approccio teorico-pratico, supportato dall'uso di un simulatore circuitale professionale.
Course goals: give the students a solid back ground on the design and use of the basic analog and digital building blocks employed in modern electronic systems. The learning will be supported by the use of a professional circuit simulator.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Fondamenti di elettronica analogica e digitale in tecnologia CMOS.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine del corso lo studente è in grado di analizzare e simulare blocchi analogici e digitali di base in tecnologia CMOS alla base dei moderni sistemi elettronici integrati e di progettare semplici interfacce per sensori di grandezze fisiche.
Applying knowledge and understanding
Fundamentals of analog and digital circuits in CMOS technology.
Knowledge and understanding
At the end of the course, the student should be able to analyse and simulate the fundamental analog and digital building blocks and to design simple readout circuits for sensors and transducers.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
A causa dell'emergenza sanitaria COVID-19 ancora in corso le lezioni si terranno in formato telematico in modalità sincrona attraverso la piattaforma Webex UniTO, con possibilità di seguire le lezioni anche in presenza nel rispetto del numero massimo di studenti ammessi in aula secondo le norme vigenti. Tutte le lezioni verranno videoregistrate.
Le room virtuali delle lezioni saranno accessibili ai seguenti indirizzi :
Lezioni Prof. Angelo Rivetti [Elettronica analogica]
https://unito.webex.com/meet/angelo.rivetti
Links alle videoregistrazioni :
1. Mar 22/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1417cb7bd2ce49e085b9f38a60e71e062. Mer 23/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/3d7c8351968e4bd38fc1c274c60c8d353. Gio 24/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cf8b9abcacec4f14b9c82221f115bd854. Mer 07/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/abbc72cb99864d09bb81b9a87ee052e85. Gio 08/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7d384c2dface4b6394be14c79aabc34e6. Mar 13/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/fc3f78ffa6964cba889d8ce12266b5707. Mer 14/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7c37f1028d76459ca54e0296438c214e8. Gio 15/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/44aed680fe9d4b179f8d907ae39c4e4c9. Mar 20/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/e9b11e14fc364883a524e2e46266740c10. Mer 21/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/449eb48792b54a83acd3136d19112ac711. Gio 22/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/df4d8b3443ed4497b77acac685641c1612. Mar 27/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/01b63cddf304454998794fde3517cce513. Mer 28/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/b2fb327bc99e4f45b3375511c3b6e00314. Mar 03/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/aead903b97e24523a451e2429d175be615. Mer 04/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/6560cbc67ac24159914b7aa0a056e07816. Gio 05/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7c481c46903b44f4bcd630fd659411b817. Mer 11/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/ee4007c84215469a9abddac26a2061d418. Mar 24/11/2020 (esercitazione aggiuntiva in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/810bb9f8ba9e403883ebeeeffa07354919. Lun 14/12/2020 (ulteriore sessione di domande in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/0c0557d8ef434ecaa7db9974505ddd8e
Lezioni Dott. Luca Pacher [Elettronica digitale]
https://unito.webex.com/meet/luca.pacher
Links alle videoregistrazioni :
1. Mar 29/09/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/675e5e3709734f13bf27f470eff3dc6d
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/81b3e1a30b324b6da3e3e79f895b0e3a2. Mer 30/09/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/a4562d32d9884f1f97a11267150925553. Gio 01/10/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1d0ea5c6959d405db117f91e092a255d4. Mar 06/10/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/690dcbacb0f14ef5b4fa64cc752e54d35. Mar 17/11/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/411f59d73c794d9789044502ba2e225b6. Mer 18/11/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c5d5f847ce334ed3b362f2198574c5467. Gio 19/11/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/bbc30690613c4270aafd772839d33b4a8. Mar 24/11/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/21e4920bc56e4fac95d836078ff492f99. Mer 25/11/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cb3b48d4d5d546b29132e75ab8c62a1910. Gio 26/11/2020 - ore 9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/634ce12191114014ac8c59571281d11211. Mer 2/12/2020 - ore 9-11 (esercitazione aggiuntiva in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7e2809d3a7e34468ac708c6429215f28Due to the COVID-19 emergency all lectures will be held remotely using the Webex UniTO platform, with the possibility to attend the lectures also in presence according to the maximun number of students allowed in the classroom according to present sanitary rules. All lectures will be video-recorded.
Lectures virtual rooms will be accessible to the following links :
Lectures by Prof. Angelo Rivetti [Analog electronics]
https://unito.webex.com/meet/angelo.rivetti
Record kinks :
The links to video-recorded lectures will be sent by email to students registered to the course.
Lectures by Dott. Luca Pacher [Digital electronics]
https://unito.webex.com/meet/luca.pacher
Record kinks :
1. Tue 29/09/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/675e5e3709734f13bf27f470eff3dc6d
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/81b3e1a30b324b6da3e3e79f895b0e3a2. Wed 30/09/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/a4562d32d9884f1f97a11267150925553. Thu 01/10/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1d0ea5c6959d405db117f91e092a255d4. Tue 06/10/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/690dcbacb0f14ef5b4fa64cc752e54d35. Tue 17/11/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/411f59d73c794d9789044502ba2e225b6. Wed 18/11/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c5d5f847ce334ed3b362f2198574c5467. Thu 19/11/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/bbc30690613c4270aafd772839d33b4a8. Tue 24/11/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/21e4920bc56e4fac95d836078ff492f99. We 25/11/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cb3b48d4d5d546b29132e75ab8c62a1910. Thu 26/11/2020 - h9-11
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/634ce12191114014ac8c59571281d112- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame scritto (esercizi) seguito da esame orale.
Written exam (exercises) followed by oral exam.
- Oggetto:
Attività di supporto
- Oggetto:
Programma
PARTE I - Elettronica analogica [Prof. Rivetti]
Concetti fondamentali sugli amplificatori e loro rappresentazione con modelli a doppio bipolo. La retroazione negativa. Classificazione dei circuiti retroazionati: reazione parallelo-serie, parallelo-parallelo, serie-serie, serie-parallelo. Effetti della retroazione sulle impedenze di ingresso e di uscita. Effetti di carico della retroazione. Stabilità e compensazione in frequenza dei circuiti retroazionati.
Richiami sui transistor MOS e BJT. Amplificatori elementari a transistors. Amplificatori differenziali. Common mode input range e common mode rejection ratio. Amplificatori operazionali a singolo stadio e multi-stadio. Driver di uscita in classe A e AB. Amplificatori fully differential e concetto di common mode feedback. Riferimenti di tensione e corrente. Regolatori lineari. Introduzione al rumore nei circuiti elettronici.
PARTE II - Elettronica digitale [Dott. Pacher]
Introduzione. Segnali analogici vs. digitali, logica binaria, costanti e variabili logiche, esempi elettrici (TTL, CMOS, NIM, LVDS), ottici (fibra ottica, compact-disk) e magnetici (hard-disk). Stringhe binarie, MSB/LSB, endianess (big-endian vs. little-endian). Bit, byte e multipli (kB, MB, GB, TB). Sistemi di numerazione posizionali: decimale, ottale, esadecimale, binario. Esempi di codici binari: straight binary, BCD, one-hot/one-cold, termometrico, Gray.
Classificazione dei circuiti digitali (combinatori vs. sequenziali, sincroni/asincroni). Funzioni logiche combinatorie e tabelle di verità. Operatori logici fondamentali: NOT, AND, OR. Algebra di Boole e teoremi di DeMorgan, principio di dualità, NAND e NOR come porte logiche universali. Esempio (applicazione pratica): misura dell'efficienza di un rivelatore di tipo scintillatore. Equazioni di semplificazione e loro dimostrazione. Derivazione delle equazioni logiche a partire da tabelle di verità: minterms/maxterms, equazioni logiche come somma di prodotti (SOP) e prodotti di somme (POS). Equazione minima. Introduzione alle mappe di Karnaugh: costruzione, numerazione Gray, caselle/ righe adiacenti, esempi.
Semplificazione delle mappe di Karnaugh con esempi vari. XOR e XNOR. Realizzazione di blocchi combinatori di uso comune: multiplexer/demultiplexer, decoders, encoders, esempi (binary/Gray, Gray/binary, one-hot). Comparatore binario. Somma binaria, half-adder/full-adder, ripple-carry-adder. Sottrazione binaria, half-subtractor/full-sutractor. Moltiplicazione binaria (cenni). Barrel shifters. Esempio semplificato di Arithmetic Logic Unit (ALU) a 1-bit.Realizzazione di circuiti digitali in logica CMOS. Il transistor MOS come interruttore, simboli usati in elettronica digitale, CMOS logic levels. CMOS inverter: richiami sull'amplificatore common-source, voltage-transfer characteristic (VTC), NMOS-only inverter e svantaggi, importanza del processo CMOS, CMOS inverter. Implementazione CMOS di NAND/NOR/AND/OR gates. Implementazione CMOS di funzioni logiche più complesse, pull-up network (PUN) vs. pull-down network (PDN). CMOS XOR/XNOR gates. CMOS switch, pass-gate logic, esempi (multiplexer pass- gate).Lo stato di alta impedenza, esempi pratici (protocollo I2C). 3-state CMOS logic ed esempi: 3-state inverter, 3-state buffer, 3-state multiplexer. Ulteriori considerazioni sull'inverter CMOS: calcolo del consumo di potenza dinamico, noise margin, definizione operativa di tempo di ritardo (delay), input- slew vs. load capacitance, fan-in/fan-out, optimum transistor sizing per inverter, NOR e NAND gates. Dimostrazione del fatto che NMOS (PMOS) sia un buon pull-down (pull-up) device ma non il viceversa.Introduzione all'elettronica digitale sequenziale. Circuiti con memoria, elemento bistabile di base, derivazione della caratteristica esponenziale in transitorio. Ring-oscillator come generatore di clock, oscillatore di Pierce. Latches vs. FlipFlops: NOR-based e NAND-based S/R latches, gated S/R latch, D-latch e D-Flip-Flop, tempo di setup e di hold.Implementazione CMOS di latches e FlipFlops. Reset sincrono vs. asincrono. T-FlipFlop, J/K FlipFlop. Esempi di circuiti sequenziali: clock-divider, 1-bit register, ripple-counter, contatore sincrono binario, shift-registers (SISO/SIPO/PISO/PIPO), Johnson counter. Introduzione alle macchine a stati finiti, derivazione del diagramma di stato a partire da un circuito, macchine di Mealy vs. Moore.Il problema del timing nei circuiti digitali: timing-hazards e glitches nei circuiti combinatori (esempi), derivazione di setup/hold constraints per i circuiti sincroni. Introduzione alle memorie e loro classificazione. Implementazione CMOS della cella di RAM di base a 6 transistor e concetto di puntatore.Fundamental concepts on amplfiier. Amplifiers as dual port-networks. Negative feedback. Type of feedback: parallel-series, parallel-parallel, series-series, series-parallel. Effect of feedback on the input and output impedance. Loading effects of feedback networks. Stability and frequency compensation in feedback systems.
Fundamentals of MOS and BJT transistors. Review of elementary amplifying configurations. Differential amplifiers. Common mode input range and common mode rejection. Single stage and multi-stage operational amplifiers. Class A and AB output drivers. Fully differential amplifiers and common-mode feedback. Introduction to the noise in electronics circuits.
Principle of CMOS logic: combinatorial CMOS gates: NOT, AND, NAND, OR, NOR, XOR. Digital buffers. Sequential gates. RAM cells.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, Wiley&Sons
- B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill
- J.F. Wakerly, Digital Design, Principles and Practice, Prentice Hall
- A.K. Maini, Digital Electronics, Principles, Devices and Applications, Wiley&Sons
- M.M. Mano, C.R. Kime, Logic and Computer Design Fundamentals, Pearson
- S. Kang, Y. Lebebici, CMOS Digital Integrated Circuits: Analysis and Design, McGraw-Hill
- J.M. Rabaey, Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, Pearson
- B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, Wiley&Sons
- B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill
- J.F. Wakerly, Digital Design, Principles and Practice, Prentice Hall
- A.K. Maini, Digital Electronics, Principles, Devices and Applications, Wiley&Sons
- M.M. Mano, C.R. Kime, Logic and Computer Design Fundamentals, Pearson
- S. Kang, Y. Lebebici, CMOS Digital Integrated Circuits: Analysis and Design, McGraw-Hill
- J.M. Rabaey, Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, Pearson
- Oggetto:
Orario lezioni
Giorni Ore Aula Martedì 9:00 - 11:00 Sala Franzinetti Dipartimento di Fisica Mercoledì 9:00 - 11:00 Sala Franzinetti Dipartimento di Fisica Giovedì 9:00 - 11:00 Sala Franzinetti Dipartimento di Fisica Lezioni: dal 22/09/2020 al 20/11/2020
- Oggetto:
Note
Nessuna propedeuticità obbligatoria, ma è consigliata la frequenza del corso di Elettronica della laurea triennale. La frequenza delle lezioni e' fortemente consigliata.
It is advised to have already studied the material presented in the Electronics course of the first three years. Attending lectures is strongly advised.
- Oggetto:
