L'insegnamento si propone di fornire le basi per la progettazione di sistemi microelettronici digitali, dal dispositivo elementare fino al blocco funzionale di media complessità, analizzando le tematiche ed i problemi delle varie fasi di progetto e sviluppo di un circuito integrato digitale e gli strumenti CAD di ausilio al progetto stesso.

• Conoscenza del comportamento del dispositivo MOS in presenza degli effetti di canale corto e di saturazione di velocità. • Capacità di derivare un modello semplificato del dispositivo in regime di commutazione a partire da simulazioni o misure. • Conoscenza delle caratteristiche statiche, dinamiche e di potenza dell’invertitore logico. Capacità di determinare tali caratteristiche a partire da modelli semplificati dei dispositivi. • Conoscenza degli strumenti di descrizione di un circuito a livello schematico e della caratteristiche degli strumenti di simulazione. Capacità di utilizzare strumenti commerciali per descrivere a simulare a livello elettrico semplici circuiti digitali. • Conoscenza dei processi di base CMOS bulk ed SOI e degli strumenti di descrizione a livello di layout. Maschere e regole di progetto. Capacità di realizzare layout di semplici circuiti, di verificarli a livello di regole di progetto e a livello di confronto con la descrizione schematica. • Conoscenza delle strutture logiche CMOS complementari, pseudo nMOS, a transmission gate e dinamiche. • Capacità di progettare il modello schematico di porte elementari e di valutare il loro ritardo a partire dalla descrizione funzionale. • Conoscenza delle metodologie elementari di dimensionamento delle porte logiche in un circuito complesso per l’ottimizzazione dei ritardi. Capacità di applicare tali metodologie per l’ottimizzazione di un singolo cammino critico di circuiti reali. • Conoscenza dei moduli di memorie elementari e delle strutture di memoria organizzate. Capacità di analizzare e simulare il comportamento di una memoria RAM statica. • Conoscenza dei passi principali del flusso di progetto dal livello di trasferimento tra registri (RTL) a maschere di fabbricazione, e della funzionalità degli strumenti CAD da esso utilizzati.

Conoscenza dei modelli elementari per ampio segnale di transistori MOS e BJT. Capacità di utilizzarli per l’analisi di circuiti con singolo dispositivo. Conoscenza del comportamento elettrico in regime transitorio di reti RC. Conoscenza delle porte logiche elementari, dei parametri elettrici fondamentali, dell’algebra di Boole e delle metodologie di progettazione logica di base (mappe di Karnaugh, Macchine a Stati Finiti).

• Modelli di dispositivi per applicazioni digitali 4h • Processi di fabbricazione e interfacce con progetto layout e logico 4h • Invertitore logico 6h • Logica statica e dimensionamento multistadio 10h • Ottimizzazione dei ritardi 6h • Logiche a transmission gate e dinamiche 8h • Interconnessioni e packaging 6h • Latch e registri statici e dinamici 4h • Strutture di memoria ROM e RAM 4h • Strumenti CAD di sintesi, piazzamento e interconnessione 6h

Le esercitazioni in aula riguardano esempi di utilizzo dei concetti spiegati a lezione, e prevedono semplici esercizi da risolvere individualmente, poi discussi alla lavagna con il docente. Le esercitazioni in laboratorio (tipicamente 6 o 7) richiedono l’uso di workstation e CAD dedicato per il progetto a livello schematico e di layout di semplici blocchi di circuiti integrati in tecnologia CMOS. Le esercitazioni saranno svolte a gruppi di 3-4 persone.

Oltre ai lucidi delle lezioni, disponibili sul Portale della Didattica il testo di riferimento del corso è " Digital Integrated Circuits" (2° edizione), di J. Rabaey. A. Chandrakasan, B. Nikolic, Prentice Hall Ed., 2003

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L’esame finale comprende una prova scritta ed un orale facoltativo. Lo scritto comprende sia esercizi numerici sia domande a scelta multipla sugli argomenti principali del corso e dura 1.5-2 ore. Non e' permesso usare ne' libri ne' appunti. Il punteggio massimo e' 30. L’orale puo' essere richiesto dallo studente dopo aver esaminato la prova scritta, dura 15-20 minuti, e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. Il voto finale è ottenuto dalla media pesata delle valutazioni di scritto e orale. E' possibile anche ottenere punti in piu' dal laboratorio (come specificato all'inizio di ogni anno), che permettono di ottenere un voto fino a 30 e lode anche senza sostenere l'orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.