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 e piccolo segnale di diodi e 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 8h • Ottimizzazione dei ritardi 6h • Logiche a transmission gate e dinamiche 3h • Interconnessioni e packaging 4h • Latch e registri statici e dinamici 3h • Strutture di memoria ROM e RAM 6h • Alimentazione, clock e I/O 3h • Strumenti CAD di sintesi, piazzamento e interconnessione 13h

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 5 o 6) 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 2-3 persone. Le esercitazioni di laboratorio possono essere svolte sia in presenza sia in remoto, collegandosi via internet ad appositi server su cui sono eseguiti i programmi CAD.

Oltre ai lucidi delle lezioni, disponibili sul Portale della Didattica i testi di riferimento del corso sono "CMOS VLSI Design" (4a edizione), di N. H. E. Weste e D. M. Harris, Addison-Wesley, 2011, e "Digital Integrated Circuits" (2° edizione), di J. Rabaey. A. Chandrakasan, B. Nikolic, Prentice Hall Ed., 2003.

Slides; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... 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 2 ore. Non è permesso usare libri o appunti. Il punteggio massimo è 30 e lode. L’orale può essere richiesto dallo studente dopo aver esaminato la prova scritta, dura 15-20 minuti, e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. Il voto dell'orale in trentesimi viene mediato con il voto dello scritto. E' possibile anche ottenere 2 punti in più dal laboratorio (modalità specificate all'inizio del periodo didattico, ad es. progetto individuale o di gruppo, relazioni di laboratorio, domande specifiche nella prova scritta, ecc.). L'esame può essere svolto con le medesime modalità di cui sopra sia in presenza sia tramite connessione remota, a seconda delle normative governative, regionali e rettorali in vigore.

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.