Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[3I121] - ELETTRONICA DIGITALEDIGITAL ELECTRONICS
Giorgio BIAGETTI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [IT03] INGEGNERIA ELETTRONICA (Curriculum: ELETTRONICA) First Cycle Degree (3 years) - [IT03] ELECTRONICS ENGINEERING (Curriculum: ELETTRONICA)
Dipartimento: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'InformazioneDepartment: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'Informazione
Anno di corsoDegree programme year : 3 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-INF/01 - ELETTRONICA

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Italiano

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

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

knowing how to analyze linear and non-linear electronic circuits, behavior of semiconductor devices, boolean algebra, mathematical analysis.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Lezioni teorico/pratiche: 60 ore.
Esercitazioni: 8 ore.
Laboratorio: 4 ore.

Theoretical and practical lectures: 60 hours.
Exercises: 8 hours.
Laboratory: 4 hours.


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
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.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

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.


Knowledge and Understanding.

The students will start to know and understand the behaviour and the inner workings of digital electronic circuits (logic gates, arithmetic, addressing, and sequential circuits, memories), as well as the basis of their design, either with discrete components, with integrated circuits, and by means of programmable systems.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

Students must be able to design digital electronic circuits, both by chosing discrete components from available commercial offerings, and in integrated circuit form, by drafting layouts of simple circuits. The student must also be able to apply the acquired knowledge to understand the most commonly employed electronic buses, and to analyze/simulate programmable systems described in languages such as VHDL.


Transversal Skills.

The solution of real-world design problems stimulates the student's ability to integrate knowledge acquired in this and in the preceding courses, so as to reach a complete and rational design solution based on the available scientific literature and the device data sheets.



PROGRAMMA PROGRAM

Lezioni di teoria:
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.
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).
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.

Esercitazioni:
Progettazione di inverter e porte CMOS complesse, buffer, e semplici circuiti digitali.
Analisi dei bus seriali.

Laboratorio:
Caratterizzazione sperimentale livelli logici.
Cosimulazione HW/SW di bus I2C e memorie EEPROM.

Theoretical lectures:
Elementary CMOS logic gates: NMOS and CMOS inverters. DC and transient characteristics. Design criteria. Power dissipation. CMOS buffers.
Complex CMOS logic gates: NAND, NOR. DC characteristics, design formulas. CMOS transient: RC approximation, Elmore method. Mirror circuits: XOR and XNOR gates.
Transmission Gates: nFET and pFET switch, clock feedthrough, CMOS switch. XOR and XNOR gates. Tristate and open-drain gates.
Elementary BJT logic gates. RTL, DTL and TTL inverters. Transfer characteristics. NAND and NOR TTL gates. TTL-CMOS interfaces.
Combinatorial circuits: binary decoders. multiplexer, demultiplexer. PLD: logic array, AND and OR. PLA. Wired-and logic. Arithmetic circuits: adders, subtracters, multipliers, comparators, shifters.
Sequential circuits: bi-stable circuits, latches and flip-flops. Master/Slave configuration. Finite state systems (FSS).
Programmable devices: CPLD and FPGA architecture and design methods. Elements of VHDL.
Memories: organization, decoder, basic memory cell, sense amplifier. CMOS static RAM: 6 transistor cell. Dynamic RAM: 1 transistor cell. Non-volatile memories: FLASH and EEPROM. Memory interfaces: parallel (SRAM, DRAM, NAND) and serial (SPI, I2C) buses.
Design guidelines: synchronous circuits, clock buffering, synchronizers, reset, test circuits and interfaces.

Exercises:
Design of simple inverters and complex CMOS gates, buffers, and simple digital circuits.
Serial bus data analysis.

Laboratory:
Experimental characterization of logic levels.
HW/SW cosimulation of an I2C bus and EEPROM memories.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità 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.


Learning Evaluation Methods.

The evaluation method comprises two tests:
- a two-hour written paper, which proposes five relatively short exercises to be solved. The exercises may deal with both design and analysis problems related to the circuits and the topics covered during the lectures;
- an oral test, which includes the discussion of the written paper and of some of the other topics dealt with in the course. If necessary, the level of knowledge of the essential prerequisites for mastering the subject may also be tested.
Passing the written test with at least half of the maximum mark is considered a propaedeutic step in facing the oral test.
The oral test must be undertaken during the same exam session as the written test.
If the oral test is failed, the student is then required to repeat the written paper as well.


Learning Evaluation Criteria.

The two tests aim at evaluating both the completeness of the knowledge acquired by the student on the subject and the topics covered during the course, and the student's ability of applying the acquired knowledge to the solution of engineering problems regarding the design and the analysis of digital circuits.


Learning Measurement Criteria.

Each exercise in the written paper is assigned a predetermined, although variable, maximum mark, typically ranging from 4 to 8 according to the exercise difficulty. The sum of the maximum marks of all of the exercises exceeds 30 by about 10%-15%, though the maximum mark assigned to the whole written paper is still limited to 30. For the exercises that require numerical results, half of the available marks will be assigned according to the correctness of the numerical results, the other half according to the correctness and completeness of the solution procedure adopted by the student. The final mark of the written test will be the sum of the marks obtained in the individual exercises, limited to 30 if the sum exceeds this threshold. The oral test will directly be evaluated with a mark from 0 to 30.


Final Mark Allocation Criteria.

Since the oral test includes the discussion of the written paper, the final mark will be the mark obtained in the oral test.
Honors will be granted to students that, having obtained the maximum mark in the oral test, have also demonstrated an excellent mastering of the subject and the ability of facing problems even if not directly discussed during the lectures.
The mark obtained in the written paper is only used as a preliminary evaluation that can be used by the student to assess their preparation, and as a starting point to direct the beginning of the oral test.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, “Microelettronica”, 5ª edizione, McGraw-Hill, 2018.
Franzo Zappa, "Elettronica Digitale", 2ª edizione, Esculapio, 2014.
Franco Fummi, Maria Giovanna Sami, Cristina Silvano, "Progettazione Digitale", 2ª Edizione, McGraw-Hill, 2007.
Dispense a cura del docente, reperibili sul sistema moodle di ateneo all'indirizzo https://learn.univpm.it/

Travis N. Blalock, Richard C. Jaeger, “Microelettronica”, 5th edition, McGraw-Hill, 2018.
Franzo Zappa, "Elettronica Digitale", 2nd edition, Esculapio, 2014.
Franco Fummi, Maria Giovanna Sami, Cristina Silvano, "Progettazione Digitale", 2nd edition, McGraw-Hill, 2007.
Lecture notes by the teacher, available through the university's moodle platform at https://learn.univpm.it/


E-LEARNING E-LEARNING

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Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2020-2021
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2020-2021

 


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