ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI
Prof. Mario Nicola Armenise
Il corso sviluppa le problematiche progettuali dell'Elettronica
dei Sistemi Digitali. Comprende, oltre alle lezioni teoriche,
numerose esercitazioni numeriche di progetto. L'esame consiste in
una prova scritta ed una orale. Tre prove di esonero vengono
svolte durante il corso in alternativa all'esame scritto. È
fortemente consigliata la propedeuticità di Elettronica
Applicata.
1. INTRODUZIONE ALL'ELETTRONICA DIGITALE. Proprietà di circuiti digitali. L'elemento logico digitale ideale. Margine di rumore. Caratteristiche temporali. Computer aided design di circuiti digitali. Tecnologie di fabbricazione di circuiti digitali. Fondamenti di layout. Scala di integrazione.
2. RAPPRESENTAZIONE DI NUMERI E CARATTERI. Sistemi numerici posizionali. Sistemi binari. Sistemi ottali ed esadecimali. Conversione di un numero intero. Conversione di un numero frazionario. Operazioni di addizione e sottrazione fra numeri non decimali. Numeri relativi e codifica. Rappresentazione in virgola fissa e in virgola mobile.
3. ALGEBRA BOOLEANA E RETI COMBINATORIE. Definizione dell'algebra booleana. Algebra booleana a due valori. Funzioni booleane. Forme canoniche. Altri operatori binari. Rappresentazione di funzioni logiche con mappe di Karnaugh. Sintesi a due livelli; realizzazione con porte NAND o NOR. Funzioni non completamente specificate. Sintesi di funzioni logiche. Multiplexer. Demultiplexer. Variatore di codice BCD - 7 segmenti. Sintesi del Full Adder. Sintesi di reti combinatorie con ROM.
4. RETI SEQUENZIALI. Introduzione. Celle elementari di memorie statiche. Progetto di una macchina a stati finiti (FSM). Definizione del problema. Rappresentazione astratta di FSM. Minimizzazione degli stati. Row matching. Implicant chart. Assegnazione degli stati. Scelta degli elementi di memoria. Sintesi di un registro universale a 4 bit. Sintesi di un contatore. Memorie ad accesso casuale (RAM). Sintesi delle celle di memoria. Sintesi della cella SR. Sintesi di un DFF. Sintesi di un JKFF e di un TFF. Sintesi di una macchina sincrona su base FF.
5. LE FAMIGLIE LOGICHE. Introduzione. Livelli logici e margini di rumore. Tempi nella commutazione dei circuiti digitali. Fan-in e fan-out. Celle digitali a BJT saturati. Celle digitali in tecnologia ECL. Celle digitali in tecnologia MOSFET. nMOS. Tempi di commutazione per celle a nMOS. CMOS. Power-delay product (PDP). MOSFET usati come interruttori. Il pass-transistor. Il gate di trasmissione.
6. LOGICHE A GaAS. Introduzione. Transistori MESFET. Problemi tecnologici. Logiche a svuotamento. Circuiti BFL. Logiche SDFL. Logiche CDFL. Logiche con MESFET ad arricchimento.
7. ARCHITETTURA DEI SISTEMI LOGICI PROGRAMMABILI. Introduzione. Livelli di astrazione nei calcolatori. Unità funzionali. Moduli funzionali combinatori. Moduli funzionali sequenziali. Architettura di una CPU. Interconnessione CPU - memoria - I/O.
8. CONVERTITORI AD e DA. Introduzione. Teorema del campionamento. Convertitore DA. Altri parametri caratteristici. Convertitore a resistori pesati e a scala. Convertitore AD. Convertitore Flash, a contatore, ad approssimazione successiva, a rampa. Sample and hold.
9. MEMORIE A SEMICONDUTTORE. Introduzione e definizioni. Memoria a sola lettura (ROM). MOS ROM Cell Arrays. Invertitori. Circuiti di porte nMOS. MOS ROM Cell Arrays. Celle MOS EPROM ed E2PROM. Schiere di celle ROM e PROM bipolari. Memorie Read-Write statiche. Celle MOS. Celle bipolari. Memorie Read-Write dinamiche. Cella dinamica a tre transistori. Cella dinamica ad un transistore. Memorie seriali.
D.A. Hodges, H.G. Jackson, "Analysis and Design of Digital
Integrated Circuits", Mc Graw Hill Book Co., II edizione.
B. Riccò, F. Fantini, P. Brambilla, "Introduzione ai
circuiti integrati digitali", Zanichelli Telettra, ultima
edizione.
Adel S. Sedra, K.C. Smith, "Microelectronic Circuits",
Saunders College Publ., III edizione.
M. Sami, "Sistemi Digitali", Clup, ultima edizione.
J.F. Wakerly, "Digital Design: Principles & Practices",
Prentice Hall, II edizione.
Appunti dalle lezioni.