POLITECNICO DI MILANO

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1 POLITECNICO DI MILANO ELETTRONICA per ingegneria BIOMEDICA prof. Alberto TOSI

2 Sommario Sistemi Elettronici Introduzione Componenti passivi: R C L Componenti attivi: diodi transistori IC Package: DIL SOT TSOP Schede elettroniche: [email protected] 2

3 Date fondamentali Anno Avvenimento 1895 Guglielmo Marconi effettua le prime trasmissioni radio 1904 Fleming inventa il diodo a vuoto (valvola termoionica) 1906 Pickard inventa il diodo a stato solido (cristallo di germanio con baffo di gatto ) 1925 Primo prototipo della televisione 1933 Armstrong inventa la modulazione FM 1940 Viene sviluppato il radar ed inizia a diffondersi la TV 1947 Bardeen, Brattain e Shockely dei Bell Labs inventano il transistore bipolare 1950 Prima dimostrazione della TV a colori 1958 Primo Circuito Integrato inventato da Kilby (Texas Instruments) e da Noyce e Moore (Fairchild Semiconductor) 1967 Prima memoria RAM da 64bit, presentata alla conferenze internazionale ISSCC 1968 Primo OpAmp integrato (µa709) commercializzato dalla Fairchild Semiconductor 1971 Prima uscita del microprocessore Intel Prima memoria da 1Gbit, presentata alla conferenze internazionale ISSCC 1999 Primo microprocessore da 1GHz, presentata alla conferenze internazionale ISSCC 2009 Primo corso di Elettronica per ing. BIO a Milano [email protected] 3

4 Le origini dell elettronica Valvole termoioniche Diodo a baffo di gatto (1947) [email protected] 4

5 Primi circuiti integrati (IC) IC di Kilby (1958) Kilby e stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2000 IC Noyce (1959) [email protected] 5

6 Intel

7 Intel Pentium 7

8 IBM 130nm SOI microprocessor 8

9 Evoluzione dell Elettronica (Intel) 9

10 Evoluzione dell Elettronica 10

11 of Semiconductors (ITRS) 2005 DRAM: 194 G transistors in un chip di 8 cm 2 nel 2014! [email protected] 11

12 Dai cm ai nm! 12

13 Elettronica organica ThinFilmTransistor Photodetector Solid State Memory 13

14 Nanoelettronica Carbon nanotubes 14

15 Bioelettronica NEURONI 15

16 Come nasce un prodotto elettronico Idea + Hardware + Firmware + Software = Prodotto [email protected] 16

17 Sistemi elettronici: products, equipments, systems 17

18 Elettronica per BIO 18

19 Elettronica per TLC, INF, AER, MEC, 19

20 Elettronica per controllo ed automazione 20

21 Di cosa si parla v s1 Rs1 Ingressi Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 MUX out select OpAmp OpAmp Ain SoC Vcc Vref ADC GND +5V Uscita D Pr Q _ Ck Q Cl +5V FlipFlop OpAmp PA1 PA2 PA3 PA4 INT µc PC1 PC2 PC3 PC4 PB1 PB2 PB3 Aout Vref CE DAC Vcc GND +12V In0 S erial Ck S erial In NMI Data out Ck Data in DSP Address Program Q Reset Counter Data In/Out Address R/W CE RAM [email protected] 21

22 Vediamo i componenti [email protected] 22

23 Resistori Resistenza: 0.1Ω 4.7MΩ Tolleranza: 10% 1% Potenza: 1/8, ¼, ½, 1, 2, 5, 10W Codice colori anello Preferred values: 10%: % e 2%: %: [email protected] 23

24 Resistori Tipologie: a filo a impasto a strato metallico Forma: through-hole SMD, Sourface Mounting Device banchi Variabili: potenziometri trimmer Sensori: fotor termor [email protected] 24

25 Package through-hole o surface-mounting (a) Through-Hole Mounting (b) Surface Mount [email protected] 25

26 Condensatori Capacità: 1pF 1 000µF cod. asiatica: pf 104 = pF=100nF cod. americana: inizia con cifra (pf) o. (µf) 1.8 =1.8pF =1.2nF cod. europea: inizia con. (pf), n (nf) o u (µf) 1p5 =1.5pF n15 =0.15nF u1 =0.1µF Tolleranza: 20% 5% M 20% K 10% J 5% Tensione di lavoro: 5V 400V 104M100 = 100nF 20% 100V max [email protected] 26

27 Condensatori Tipologie: ceramici elettrolitici tantalio Forma: through-hole SMD Variabili: ad aria a mica SMD varicap Sensori: peso umidità [email protected] 27

28 Induttori Induttanza: 1nH 100mH Tolleranza: 20% 5% Corrente: 1mA 1A 28

29 Induttori Tipologie: a bobina a trasformatore variabili Forma: through-hole SMD Sensori: prossimetri campi magnetici [email protected] 29

30 Altri componenti Microfono Relais Altoparlante Dip-switch Buzzer 30

31 Componenti attivi Transistori Potenza IC analogici, digitali e mixed-signal Optoelettronici [email protected] 31

32 Chip microelettronici 32

33 Connessione al chip Wire Bonding (in package) Bump Bonding (bare chip) 33

34 Package DIL, Dual In-Line QFP, Quad Flat-Package SOT QFP, J [email protected] 34

35 Circuiti stampati Through-hole SMT Surface Mounting Technology Hybrid 35

36 Schede elettroniche 36

37 Schede elettroniche 37

38 Schede elettroniche 38

39 Alternativa: Multi-Chip Module 39

40 Alternativa microelettronica: ASIC Application Specific Integrated Circuit 40

41 Microelettronica 41

42 Nanoelettronica 42

43 Conclusioni Vasta componentistica elettronica Molteplicità dei Sistemi Elettronici Approcci macro, micro o nano elettronici ripasseremo ora con i SEGNALI ELETTRONICI [email protected] 43