MICROELECTRONICS

Il corso si prefigge di fornire conoscenze avanzate sui circuiti elettronici di tipo analogico e mixed signal in tecnologia CMOS in applicazioni a bassa frequenza. In particolare, saranno introdotte le tecniche di progettazione di Comparatori e di compensazione dell'offset, Amplificatori e tecniche per l'ottimizzazione dei parametri prestazionali, Filtri integrati tempo continui e a dati campionati e Convertitori per dati. Inoltre, durante il corso sono previste esercitazioni numeriche e al calcolatore finalizzate al consolidamento delle tematiche e delle tecniche trattate durante le lezioni frontali.

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di selezionare le topologie più adatte alle specifiche date e di progettare blocchi base e avanzati di tipo analogico e mixed signal presenti nei moderni sistemi integrati.

L'insegnamento prevede sia lezioni frontali sia esercitazioni numeriche e al simulatore (CAD), mirate a mettere in pratica, sviluppare e consolidare i contenuti teorici e le tecniche di progettazione sviluppate. Saranno inoltre organizzati dei Seminari tenuti da ricercatori e progettisti provenienti da industrie operanti nel settore della microelettronica.

Conoscenza di elementi di elettronica analogica, teoria della retroazione, teoria dei circuiti, teoria dei segnali.

La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente consigliata in quanto vengono tenute e assegnate esercitazioni propedeutiche allo svolgimento dell'elaborato di corso.

1. Dall’Elettronica alla microelettronica e alla nanoelettronica. Tecnologie VLSI. Circuit i Integrati per applicazioni specifiche. Flusso di progettazione di circuiti integrati.
2. Amplificatori operazionali (OAs) e retroazione. Applicazioni: amplificatori per strumentazione, e per sensori. Effetto della banda e guadagno finiti. Architetture. Stadi di uscita. Il uA741. Amplificatori non convenzionali (Current Feedback OAs, Current-mode OAs, Current Conveyors).
3. Distorsione armonica. Compensazione in frequenza. Slew Rate. Rumore.
4. Operational Transconductance Amplifiers (OTAs). Miller OTA (in classe A e AB). Folded Cascode OTA. Telescopic OTA etc. Soluzioni a bassa tensione di alimentazione. Amplificatori multistadio. Esempi di progetto. Architetture fully differential. Schemi per il controllo del modo comune. Amplificatore a chopper.
5. Comparatori. Architetture e applicazioni. Comparatori con auto zero. Trigger di Schmitt invertente e noninvertente.
6. Filtri. Principi base e classificazioni. Confronto tra filtri analogici e digitali. Filtri passivi e attivi, tempo continui e tempo discreti. Implementazione di celle del primo e del second ordine in tecnica RLC, Active-RC, Switched-Capacitor, Gm-C and MOSFET-C. Celle biquadratiche (Thow-Tomas, Sallen-Key, Ackerberg-Mossberg, Delyannis-Friend). Filtri di ordine elevato. Giratori. Tuning automatic per filtri Gm-C.
7. Convertitori A/D e D/A. Principi base della conversione A/D e D/A. Architetture e specifiche per circuiti di Sample and Hold. Esempi di architetture di conv. A/D: full flash, two step flash, time interleaved, successive approximation, ramp. Esempi di architetture di conv. D/A: current-steering (binary, thermometric, segmented), resistor-string, capacitor-string, ramp. Sigma-Delta.
8. Computer Aided Design Tools per la microelettronica.

1. Sergio Franco , Design with operational amplifiers and analog integrated circuits, McGraw-Hill,4th Ed. 2015.
2. D. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, Wiley&Sons, 1997.
3. Schaumann, Van Valkemburg, Design of Analog Filters, Oxford UniversityPress, 2001.
4. R. Van De Plassche, Integrated Analog-to-Digital and Digital-to-Analog Converters; Kluwer Academic Publishers, 1994.
5. G. Palumbo, Pennisi, Feedback Amplifiers: Theory and Design, Kluwer Academic Publishers, 2002.

Il materiale messo a disposizione è costituito da: lucidi delle lezioni, articoli di approfondimento, modelli di dispositivi per il simulatore, e altro. Esso è disponibile sul sito studium.unict.it

L'esame consiste in una prova orale preceduta dalla presentazione di un elaborato di corso.

L'elaborato viene svolto tipicamente in gruppo (di 2-4 studenti). L'elaborato verte sulla progettazione e simulazione di circuiti integrati a livello transistore.

La prova orale consta tipicamente di 3 domande. Una domanda verte sull'elaborato, una sui filtri e una sui convertitori per dati. Il voto complessivo dell'esame, in trentesimi, tiene conto dell'elaborato e della risposta alle 3 domande, in termini di completezza, accuratezza e proprietà di linguaggio. La durata media della prova orale è di 30 min.

• Comparatori
• Amplificatore a Chopper
• Trigger di Schmitt
• Filtro di Sallen Key
• Integratori SC
• Current steering DAC
• S/H compensato all'offset
• Flash ADC