Circuiti Integrati Anno Accademico 2012/2013 Massimo Barbaro Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Elettronica (EOLAB)
Informazioni sul corso Massimo BARBARO Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Padiglione B, secondo piano Tel. 070675 5770 Email: barbaro@unica.it Orario di ricevimento: su appuntamento da fissare per email. 2
Calcolatori Elettronici Prerequisiti Culturali Porte Logiche Logica combinatoria e sequenziale Dispositivi Elettronici Equazioni caratteristiche del transistor MOS Processo CMOS Elettronica Amplificatore come scatola chiusa (black-box) Retroazione Stabilità 3
Obiettivi Comprendere il funzionamento base dei circuiti digitali e analogici in tecnologia CMOS ed il loro impatto sulle caratteristiche dei sistemi in cui sono impiegati. Essere in grado di progettare porte logiche combinatorie e sequenziali a livello transistor. Essere in grado di progettare circuiti di amplificazione ed elaborazione del segnale. Conoscere e utilizzare gli strumenti CAD di ausilio alla progettazione di circuiti integrati. Capire il legame fra l elettronica (i circuiti, i blocchi combinatori e sequenziali) all interno dei sistemi ed il funzionamento dei sistemi stessi. 4
Ore di lezione: 100 Struttura del Corso Libri di testo: - CMOS: Circuit Design, Layout and Simulation Jacob Baker Ed. Wiley (in inglese) Disponibile su amazon.it a 83.14 in versione rilegata e a 58.20 in versione e- book. Sito del libro: cmosedu.com - Lucidi di lezione Struttura dell esame: scritto e orale Durante l anno saranno svolte regolarmente delle esercitazioni. Le esercitazioni svolte verranno valutate e contribuiranno alla definizione del voto finale. Sito del corso: http://eolab.diee.unica.it 5
CAD/EDA: Strumenti di studio Utilizzeremo una suite di prodotti professionali chiamata Cadence che include: Editor di layout (Virtuoso) Editor di schematico (Composer) Simulatore tipo spice (Spectre) La suite non è disponibile gratuitamente ma sarà installata nei PC del laboratorio didattico. Sarà disponibile un CD, in portineria del Padiglione B, con il materiale e le istruzioni per l installazione e la registrazione 6
Orario LUN MAR MER GIO VEN 8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:00 ESERC. 11:00-12:00 TEORIA ESERC. 12:00-13:00 TEORIA ESERC. 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 TEORIA TEORIA 17:00-18:00 TEORIA TEORIA 18:00-19:00 TEORIA 19:00-20:00 7
Programma dettagliato (1) Introduzione ai sistemi elettronici Concetti di base (analogico vs. digitale) Processo CMOS (cap. 2-3-4-5-6-7 9 10) Struttura del transistor MOS Processo realizzativo Layer - Equazioni Modelli del MOS per la progettazione analogica e digitale Elementi di layout Rumore elettrico (cap. 8) Tipologie di rumore elettrico (termico, flicker, shot) Rumore elettrico in un circuito Rapporto segnale/rumore Inverter CMOS (cap. 11) Caratteristica di trasferimento statica (VTC) Margini di rumore Layout - Caratteristiche dinamiche (tempo di propagazione) Dissipazione di potenza - Dimensionamento 8
Programma dettagliato (2) Circuiti Logici (cap. 12-13-14) Logiche statiche (CMOS, pass-transistor) Logiche dinamiche (concetto di base, domino, np-cmos) Latch e flip-flop Memorie a semiconduttore (cap.16) Classificazione delle memorie Architetture di memorie ROM RAM RAM non volatili Circuiti base (elemento di memoria, sense amplifier) Circuiti digitali speciali (cap.18-19) Trigger di Schmitt Multivibratori - Buffer di ingresso Charge pump Phase-Locked Loop e Delay-Locked Loop Specchi di corrente (cap. 20) Specchio di corrente semplice Strutture cascode Circuiti di polarizzazione 9
Programma dettagliato (3) Amplificatori (cap. 21) Generalità Punto di lavoro e progettazione - Topologia a source comune Topologia a gate comune Inseguitore di source Amplificatore cascode Push-pull Amplificatori differenziali (cap. 22) Generalità Coppia differenziale Amplificatori differenziali cascode Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) Coppia differenziale con carico attivo Circuiti Fully-Differential Generatori di tensioni di riferimento (cap. 23) Generatori MOS-resistore Circuiti basati su bandgap Amplificatori operazionali (cap. 24-26) Amplificatore due-stadi Operational Transconductance Amplifier (OTA) Polarizzazione Common-Mode Feedback (CMFB) 10
Programma dettagliato (4) Circuiti dinamici (cap. 25) Il MOS come interruttore Sample&Hold Comparatori Circuiti a capacità commutate Convertitori (cap. 28-29-30) Generalità Architetture di conversione (Resistor String, R2R, Current Steering, Charge-scaling, Ciclici, Pipeline, Flash, Duestadi, Ad approssimazioni successive, ovesampling) - Implementazione 11