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Elettronica Digitale
Digital Electronics
Giorgio Biagetti

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 9
Ore 72
Periodo I
Lingua ITA

Prerequisiti
capacità di analizzare circuiti elettronici lineari e non lineari, funzionamento dei dispositivi a semiconduttore, algrebra booleana, analisi matematica.

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
L'insegnamento permette agli studenti di iniziare a conoscere e a comprendere il funzionamento dei circuiti elettronici digitali (porte logiche, circuiti aritmetici, di indirizzamento, sequenziali, memorie), nonché le basi per la loro progettazione, sia in forma discreta o integrata, che con logiche e sistemi programmabili.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Lo studente dovrà saper progettare circuiti elettronici digitali, sia in forma discreta, scegliendo e combinando componenti commercialmente disponibili, che integrata, disegnando bozze di tracciati di semplici circuiti. Dovrà anche riuscire ad applicare le conoscenze acquisite per capire il funzionamento dei bus più comunemente utilizzati ed analizzare/simulare logiche e sistemi programmabili in linguaggi tipo VHDL.
COMPETENZE TRASVERSALI:
La soluzione di problemi progettuali derivanti dal mondo reale stimolerà la capacità dello studente di integrare le conoscenze acquisite in questo e nei corsi precedenti, al fine di giungere ad una soluzione progettuale completa e ragionata, sulla base della letteratura scientifica e delle schede tecniche dei dispositivi.

Programma
Porte elementari MOS: inverter NMOS e CMOS. Caratteristiche in DC e nel transitorio. Criteri di dimensionamento. Consumo di potenza. Buffer CMOS. Porte logiche CMOS complesse: NAND, NOR. Caratteristiche in DC, formule di progetto. Transitorio CMOS: metodo di sostituzione con RC, formula di Elmore. Circuiti a specchio: porte XOR e XNOR. Transmission gates: interruttore con nFET e pFET, clock feedthrough, interruttore CMOS. Porte XOR e XNOR. Porte tristate e open-drain. Porte elementari con BJT: inverter RTL, DTL e TTL. Caratteristiche statiche. NAND e NOR TTL. Interfacciamento TTL-CMOS. TTL Schottky. Inverter BiCMOS. Logica combinatoria: decodificatori binari, multiplexer, demultiplexer. PLD: array logici, AND e OR. PLA. Logica cablata: wired-and. Circuiti aritmetici: sommatori, sottrattori, moltiplicatori, comparatori, shifter. Circuiti sequenziali: bistabili, latch e flip-flop. Configurazione Master/Slave. Registri e contatori. Sistemi a stati finiti (SSF): progettazione e minimizzazione degli stati. Dispositivi programmabili: architettura e progettazione con CPLD ed FPGA. Elementi di VHDL. Memorie: organizzazione, decoder, cella di memoria, sense amplifier. RAM statiche CMOS: cella a 6 transistor. RAM dinamiche: cella a 1 transistor. Memorie non volatili: FLASH e EEPROM. Interfacciamento delle memorie: bus paralleli (SRAM, DRAM, NAND) e seriali (SPI, I2C). Linee guida per la progettazione: circuiti sincroni, clocking, sincronizzatori, reset, circuiti e interfacce di test.

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione avviene per mezzo di due prove: - una prova scritta di due ore, consistente nella soluzione di cinque relativamente brevi esercizi, sia a carattere progettuale che di analisi, relativi a circuiti e problemi trattati nel corso; - una prova orale, consistente nella discussione della prova scritta e di alcuni degli altri temi trattati nel corso, nonché, se necessario, nella verifica dei prerequisiti essenziali per la padronanza della materia. La prova scritta è propedeutica alla prova orale, e si considera superata con successo ottenendo almeno la metà del punteggio massimo. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta. Nel caso di mancato superamento della prova orale, lo studente deve ripetere anche la prova scritta.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Le prove sono volte a valutare sia il grado di completezza delle conoscenze dello studente relativamente alla materia e agli argomenti trattati nel corso, che le sue capacità di applicare dette conoscenze alla soluzione di problemi ingegneristici di progettazione e di analisi.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Ad ogni esercizio della prova scritta è assegnato un punteggio variabile, tipicamente fra 4 e 8, a seconda della difficoltà dell'esercizio, in modo che la somma totale dei punti disponibili sia di un 10%-15% superiore a 30. Il punteggio massimo ottenibile alla prova scritta è comunque limitato a 30. Per gli esercizi che prevedono l'ottenimento di risultati numerici, metà punteggio è assegnata all'ottenimento dei corretti risultati numerici, e l'altra metà valuta la correttezza e completezza del procedimento risolutivo. Il voto della prova scritta si ottiene sommando i punti ottenuti nei singoli esercizi, limitando il risultato a 30 nel caso la somma risultasse maggiore. Alla prova orale è assegnato direttamente un punteggio fra 0 e 30.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
Siccome la prova orale comprende la discussione della prova scritta, il voto finale sarà quello della prova orale. La lode sarà attribuita agli studenti che, avendo raggiunto il voto massimo nella prova orale, abbiano anche dimostrato di avere acquisito un'ottima padronanza della materia, con capacità di applicazione a problemi anche non direttamente trattati nel corso. Il voto della prova scritta serve unicamente come indicazione preliminare di preparazione per lo studente e come base di partenza per orientare le fasi iniziali del colloquio nella prova orale.

Testi consigliati
Travis N. Blalock, Richard C. Jaeger, “Microelettronica: 3. Elettronica digitale”, McGraw-Hill Paolo Spirito, “Elettronica Digitale“, McGraw-Hill John P. Uyemura, “CMOS Logic Circuit Design”, Kluwer Academic Publishers Franco Fummi, Maria Giovanna Sami, Cristina Silvano, “Progettazione Digitale“, McGraw-Hill Dispense a cura del docente, reperibili sul sistema moodle di ateneo.

Corsi di laurea

• Ingegneria Elettronica (Corso di Laurea Triennale (DM 270/04))