ll corso offre una vasta panoramica sull'elettronica analogica e digitale, con particolare attenzione alle problematiche relative ai sistemi elettronici di misura in campo industriale. L'obiettivo è rendere gli studenti familiari con dispositivi e tecniche ampiamente utilizzati nella strumentazione elettronica. Gli argomenti principali affrontati durante il corso sono tecnologie e dispositivi microelettronici, amplificatori operazionali (applicazioni ad elaborazione lineare e nonlineare di segnali analogici), convertitori analogico-digitali, sistemi digitali in tecnologia CMOS (dalle porte logiche elementari fino a sistemi logici complessi come le memorie RAM e ROM).
Prerequisiti
Concetti di base di elettromagnetismo (dai corsi di Fisica e/o Elettrotecnica).
Metodi didattici
lezioni frontali, esercitazioni in aula
Verifica Apprendimento
Prova scritta al termine del corso. L'esame richiede la risoluzione di due problemi relativi all'analisi di circuiti elettronici, e la risposta a tre domande sugli argomenti svolti durante il corso.
Contenuti
1. Introduzione. Evoluzione delle tecnologie microelettroniche. Legge di Moore. Catena elettronica di acquisizione e controllo. Segnali analogici e digitali. 2. Strumenti matematici. Analisi di Fourier. Spettro in frequenza. Metodo delle variabili complesse. Impedenze complesse. Filtri passa-basso, passa-alto, passa-banda. Diagrammi di Bode. Analisi della risposta al gradino. 3. Dispositivi elettronici. Semiconduttori intrinseci e drogati. Diodi a giunzione P-N. Dispositivi MOSFET. NMOS e PMOS. Caratteristiche statiche e dinamiche. Processo di fabbricazione in tecnologie "nanoscale CMOS". 4. Amplificatori operazionali. Amplificatori differenziali a MOSFET. Amplificatore operazionale ideale. Reazione negativa. Amplificatore invertente e non invertente. Amplificatore per strumentazione. Integratore (puro e approssimato). Differenziatore. Filtro passa-banda. 5. Circuiti non lineari con amplificatori operazionali. Comparatore. Rettificatori a mezza onda e a onda intera. Rivelatori di picco. Amplificatori logaritmici ed esponenziali. Circuiti analogici con interruttori. Multiplexer. Sample & Hold. 6. Elettronica digitale. Stati logici. Immunità al rumore. Codice binario e codice Gray. Famiglie logiche. Margini di rumore, ritardo di propagazione, dissipazione di potenza. Porte OR, AND, NOT, NAND, NOR, Exclusive OR. Identità logiche. Teorema di De Morgan. Porte logiche in tecnologia CMOS (Inverter, NAND e NOR). Dimensionamento dei dispositivi. Circuiti combinatori e sequenziali CMOS. Decoder. Strutture CMOS per circuiti VLSI. Logiche pseudo NMOS. Latch a porte NAND e NOR. Flip-flop D. Flip-flop J-K. Contatori. Sistemi per misure di frequenza e di tempo. Memorie ROM. Tempo di accesso. RAM. Cella elementare SRAM. Sense amplifier. Cella elementare DRAM. 7. Convertitori analogico-digitali. Campionamento. Errore di quantizzazione. Flash ADC.
