POLITECNICO DI MILANO www.polimi.it ELETTRONICA per ingegneria BIOMEDICA prof. Alberto TOSI
Sommario Sistemi Elettronici Introduzione Componenti passivi: R C L Componenti attivi: diodi transistori IC Package: DIL SOT TSOP Schede elettroniche: alberto.tosi@polimi.it 2
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 4004 1995 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 alberto.tosi@polimi.it 3
Le origini dell elettronica Valvole termoioniche Diodo a baffo di gatto (1947) alberto.tosi@polimi.it 4
Primi circuiti integrati (IC) IC di Kilby (1958) Kilby e stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2000 IC Noyce (1959) alberto.tosi@polimi.it 5
Intel 4004 alberto.tosi@polimi.it 6
Intel Pentium alberto.tosi@polimi.it 7
IBM 130nm SOI microprocessor alberto.tosi@polimi.it 8
Evoluzione dell Elettronica (Intel) alberto.tosi@polimi.it 9
Evoluzione dell Elettronica alberto.tosi@polimi.it 10
of Semiconductors (ITRS) 2005 DRAM: 194 G transistors in un chip di 8 cm 2 nel 2014! alberto.tosi@polimi.it 11
Dai cm ai nm! alberto.tosi@polimi.it 12
Elettronica organica ThinFilmTransistor Photodetector Solid State Memory alberto.tosi@polimi.it 13
Nanoelettronica Carbon nanotubes alberto.tosi@polimi.it 14
Bioelettronica NEURONI alberto.tosi@polimi.it 15
Come nasce un prodotto elettronico Idea + Hardware + Firmware + Software = Prodotto alberto.tosi@polimi.it 16
Sistemi elettronici: products, equipments, systems alberto.tosi@polimi.it 17
Elettronica per BIO alberto.tosi@polimi.it 18
Elettronica per TLC, INF, AER, MEC, alberto.tosi@polimi.it 19
Elettronica per controllo ed automazione alberto.tosi@polimi.it 20
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 Q0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Reset Counter Data In/Out Address R/W CE RAM alberto.tosi@polimi.it 21
Vediamo i componenti alberto.tosi@polimi.it 22
Resistori Resistenza: 0.1Ω 4.7MΩ Tolleranza: 10% 1% Potenza: 1/8, ¼, ½, 1, 2, 5, 10W Codice colori anello 1-1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3-0 00 000 0000 00000 000000 0000000 00000000 000000000 4 Preferred values: 10%: 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 5% e 2%: 11 13 16 20 24 30 36 43 51 62 75 91 1%: 100 102 105 107 110 113 115 118... alberto.tosi@polimi.it 23
Resistori Tipologie: a filo a impasto a strato metallico Forma: through-hole SMD, Sourface Mounting Device banchi Variabili: potenziometri trimmer Sensori: fotor termor alberto.tosi@polimi.it 24
Package through-hole o surface-mounting (a) Through-Hole Mounting (b) Surface Mount alberto.tosi@polimi.it 25
Condensatori Capacità: 1pF 1 000µF cod. asiatica: pf 104 =100 000pF=100nF cod. americana: inizia con cifra (pf) o. (µf) 1.8 =1.8pF 0.0012 =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 alberto.tosi@polimi.it 26
Condensatori Tipologie: ceramici elettrolitici tantalio Forma: through-hole SMD Variabili: ad aria a mica SMD varicap Sensori: peso umidità alberto.tosi@polimi.it 27
Induttori Induttanza: 1nH 100mH Tolleranza: 20% 5% Corrente: 1mA 1A alberto.tosi@polimi.it 28
Induttori Tipologie: a bobina a trasformatore variabili Forma: through-hole SMD Sensori: prossimetri campi magnetici alberto.tosi@polimi.it 29
Altri componenti Microfono Relais Altoparlante Dip-switch Buzzer alberto.tosi@polimi.it 30
Componenti attivi Transistori Potenza IC analogici, digitali e mixed-signal Optoelettronici alberto.tosi@polimi.it 31
Chip microelettronici alberto.tosi@polimi.it 32
Connessione al chip Wire Bonding (in package) Bump Bonding (bare chip) alberto.tosi@polimi.it 33
Package DIL, Dual In-Line QFP, Quad Flat-Package SOT QFP, J alberto.tosi@polimi.it 34
Circuiti stampati Through-hole SMT Surface Mounting Technology Hybrid alberto.tosi@polimi.it 35
Schede elettroniche alberto.tosi@polimi.it 36
Schede elettroniche alberto.tosi@polimi.it 37
Schede elettroniche alberto.tosi@polimi.it 38
Alternativa: Multi-Chip Module alberto.tosi@polimi.it 39
Alternativa microelettronica: ASIC Application Specific Integrated Circuit alberto.tosi@polimi.it 40
Microelettronica alberto.tosi@polimi.it 41
Nanoelettronica alberto.tosi@polimi.it 42
Conclusioni Vasta componentistica elettronica Molteplicità dei Sistemi Elettronici Approcci macro, micro o nano elettronici ripasseremo ora con i SEGNALI ELETTRONICI alberto.tosi@polimi.it 43