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Dipartimento di Fisica

Corso di laurea magistrale in Fisica

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Oggetto:
Oggetto:

Elettronica applicata

Oggetto:

Applied Electronics

Oggetto:

Anno accademico 2025/2026

Codice attività didattica
FIS0085
Docente
Luca Pacher (Titolare)
Corso di studio
0601M21-101 Laurea Magistrale in Fisica – indirizzo Fisica Nucleare, Subnucleare e Biomedica
0601M21-105 Laurea Magistrale in Fisica – indirizzo Fisica del Sistema Meteoclimatico, Generale e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno, 2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Nessuna propedeuticità obbligatoria. Tuttavia è consigliato di avere seguito almeno un corso di ambito elettronico tra Elettronica (MFN0573) e Laboratorio di Elettronica (MFN0580) o equivalente nella Laurea Triennale. Il corso assume come note le conoscenze di base sulla Fisica dei Semiconduttori acquisite nell’insegnamento Struttura della Materia (MFN0564)

No mandatory prerequisites. However it is recommended to have attended at least one electronics course between Electronics (MFN0573) and Electronics Laboratory (MFN0580) or equivalent during the Bachelor's Degree programme. Basic concepts about semiconductor Physics treated in the Structure of Matter (MFN0564) course are assumed.

Propedeutico a

Tesi magistrale di ambito elettronico/sperimentale. Inserimento nel mondo del lavoro o della ricerca. Insegnamenti successivi di ambito elettronico della Laurea Magistrale quali Elettronica Digitale (FIS0117), Laboratorio Avanzato di Elettronica (MFN1324) e Microelettronica (FIS0119)

Electronics/experimental research work during the final Master's Degree thesis. Job or professional research placement. Electronics courses of the Master's Degree programme such as Digital Electronics (FIS0117), Advanced Electronics Laboratory (MFN1324) and Microelectronics (FIS0119)

Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Avvisi

Informazioni per studenti con DSA o Disabilità: servizi di Ateneo e supporto per sostenere gli esami
Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento ha come scopo quello di fornire un'introduzione esaustiva ai circuiti elettronici analogici e digitali fondamentali in tecnologia CMOS. L'insegnamento adotta un approccio teorico/pratico, anche supportato dall'utilizzo di un simulatore circuitale SPICE professionale per lo studio e la progettazione dei circuiti elettronici.

La trattazione teorica degli argomenti è accompagnata da esercitazioni pratiche al calcolatore per introdurre l'uso di un simulatore circuitale SPICE professionale per lo studio e la progettazione dei circuiti elettronici.

The course aims to provide an introduction to fundamental CMOS analog and digital electronic circuits and building blocks employed in modern electronic systems. The course follows a theoretical/practical approach and lectures will be supported by the usage of a professional SPICE circuit simulator for the study and design of electronic circuits.

The theoretical treatment of the topics is accompanied by practical exercises with the computer to introduce the usage of a professional SPICE circuit simulator for the study and design of electronic circuits.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)


Fondamenti di elettronica analogica e digitale in tecnologia CMOS.


Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Alla fine del corso lo studente è in grado di analizzare e simulare blocchi analogici e digitali di base in tecnologia CMOS alla base dei moderni sistemi elettronici integrati e di progettare semplici interfacce per sensori di grandezze fisiche.

Knowledge and understanding

Fundamentals of analog and digital circuits in CMOS technology.


Applying knowledge and understanding

At the end of the course the student should be able to analyse and simulate fundamental analog and digital building blocks in CMOS technology and to design simple readout circuits for sensors and transducers.

Oggetto:

Programma

L'insegnamento si articola su 48 ore (corrispondenti a 6 CFU) di lezioni e risulta essere suddiviso in due parti. Di seguito un programma dettagliato degli argomenti proposti (cliccare su ogni sezione per espandere e visualizzare il contenuto).


PARTE I - Elettronica analogica CMOS

 

 a) Richiami di teoria dei circuiti

 

  • Definizioni di tensione, corrente, potenza elettrica. Derivazione delle leggi di Kirchoff a partire dalle equazioni di Maxwell, approssimazioni di quasi-staticità. Legge di Ohm.

  • Bipoli elettrici: definizioni e loro classificazione. Bipoli passivi fondamentali: resistore, condensatore e induttore. Caratteristiche I/V e relazioni costitutive.

  • Analisi delle reti in regime sinusoidale. Sviluppo in serie e integrale di Fourier. Impedenze complesse e calcolo simbolico per segnali sinusoidali. Estensione a segnali qualunque tramite la trasformata di Laplace. Frequenza complessa e impedenze generalizzate. Calcolo simbolico generalizzato.

  • Bipoli attivi: generatori tensione/corrente e loro classificazione, generatori ideali vs. reali, caratteristiche I/V, resistenza interna, simboli circuitali, esempi. Partitore di tensione e partitore di corrente. Equivalenza tra generatori. Generatori controllati, classificazione (vcvs/vccs/ccvs/cccs) e loro utilizzo per la modellizzazione di circuiti attivi. Bipoli teorici: nullatore e noratore. Collegamenti in serie e parallelo di generatori ideali.

  • Teorema del massimo trasferimento di potenza generalizzato al caso di impedenze complesse, massimo trasferimento di potenza vs. efficienza. Adattamento di impedenza. Teorema di Thevenin. Teorema di Norton. Teorema di Miller.

  • Quadripoli passivi e attivi. Quadripoli lineari. Modello a parametri di impedenza. Modello a parametri di ammettenza. Modello a parametri ibridi. Modello a parametri di trasmissione e introduzione al concetto di funzione di trasferimento.

 

 b) Sistemi a retroazione negativa e amplificatori operazionali

 

  • Introduzione agli amplificatori e loro classificazione. Funzioni di trasferimento ingresso/uscita per quadripoli: guadagno di tensione, guadagno di corrente, guadagno di transimpedenza e guadagno di transammettenza. Effetti di carico. Modelli circuitali per amplificatori di tensione, corrente, trans-impedenza e transconduttanza. Segnali differenziali vs. single-ended.

  • Principio di funzionamento dei sistemi retroazionati. Retroazione (feedback) negativa. Funzione di trasferimento a maglia aperta e a maglia chiusa. Approssimazione del guadagno a maglia chiusa per elevati guadagni a maglia aperta. Vantaggi della retroazione negativa. Variazione del guadagno a maglia chiusa. Classificazione dei circuiti retroazionati: reazione parallelo-serie, parallelo-parallelo, serie-serie, serie-parallelo. Effetti della retroazione sulle impedenze di ingresso e di uscita. Effetti di carico della retroazione. Stabilità e compensazione in frequenza dei circuiti retroazionati.

  • Amplificatori operazionali (OP-AMPs). OP-AMP ideale vs. reale, caratteristiche. Principio della massa virtuale. Applicazioni: comparatore di tensione, amplificatore invertente e non-invertente, buffer, photo-diode amplifier, sommatore, amplificatore differenziale, integratore e derivatore ideali.

 

 c) Fisica del transistor ad effetto di campo MOS

 

  • Introduzione storica agli amplificatori elettronici. Circuiti attivi, rigenerazione del segnale. Cenni sul principio di funzionamento del diodo a vuoto (realizzazione, equazione di Richardson–Dushman, equazione di Child-Langwir). Cenni sul principio di funzionamento delle valvole termoioniche (triodo, tetrodo e pentodo) per realizzare circuiti di amplificazione.

  • Richiami sulla conduzione elettrica nei semiconduttori: semiconduttori intrinseci vs. drogati, necessità del drogaggio. Atomi donori e accettori. Drogaggio n-type e p-type. Legge di azione di massa. Correnti in un semiconduttore drogato. Corrente di diffusione e corrente di deriva, mobilità. Relazione di Einstein tra mobilità e coefficiente di diffusione. Giunzione PN. Trattazione all'equilibrio. Moti di diffusione e ricombinazione, formazione della zona di svuotamento. Profili spaziali di densità di carica, campo elettrico e potenziale elettrico. Potenziale di built-in. Richiami: diodo al silicio, equazione di Shockley, transistore BJT.

  • Introduzione al transistore ad effetto di campo MOS: struttura geometrica, principio di funzionamento, drogaggi, aspect-ratio, oxide capacitance, polarizzazione del substrato, parametri di progetto vs. parametri di processo. NMOS vs. PMOS transistors. Confronto iniziale tra NMOS e PMOS (velocità, area, rumore). Confronto tra transistor MOS e BJT.

  • Introduzione alle tecnologie CMOS moderne: processo Czochralski (cenni), silicon wafers, N-well process, STI, metal-stack, planarizzazione e ILD, layout, design-rules, BEOL vs. FEOL. Il problema del latch-up. Scaling (cenni), legge di Moore. Esempi di progettazione al CAD elettronico professionale.

  • Trattazione del transistor NMOS come condensatore: reverse-bias (accumulazione) mode vs. forward bias mode, accumulo di carica nel canale, inversion layer, distinzione tra weak/moderate/strong inversion, definizione di tensione di soglia, gate capacitance vs gate-voltage.

  • Derivazione della caratteristica I/V per un dispositivo NMOS: overdrive-voltage, channel charge, equazione della corrente in approssimazione di canale uniforme (deep-triode), on-resistance, equazione completa per canale non uniforme (triode), pinch-off del canale, regione lineare vs. saturazione, tensione di saturazione, square-law, amplificazione di corrente, MOS come voltage-controlled current-source, determinazione sperimentale della tensione di soglia.

  • Effetti di ordine superiore. Dipendenza residua della corrente di drain dalla tensione VDS, effetto di modulazione della lunghezza di canale, determinazione sperimentale del parametro λ. Riepilogo equazioni NMOS (modello di Shichman–Hodges). Conduzione sotto-soglia e caratteristica esponenziale in weak-inversion (cenni). Dipendenza della tensione di soglia dalla polarizzazione del substrato (body effect). Esempio di modello SPICE.

  • Il transistor PMOS: struttura geometrica, drogaggi, polarizzazione del substrato, principio di funzionamento, tensione di soglia, analisi e caratteristiche per tensioni negative. Adattamento delle equazioni valide per il transistor NMOS al caso PMOS utilizzando tensioni positive.

  • Body effect: dipendenza della tensione di soglia dalla tensione source-bulk, simulazione SPICE, spiegazione fisica, formula dell'effetto body, transconduttanza per effetto body. Triple-well NMOS. Controllo della tensione di soglia con i drogaggi, RVT/LVT/HVT transistors.

  • Capacità parassite, modello di piccolo segnale completo.

 

 d) Amplificatori single-ended a singolo stadio e multi-stadio

 

  • Amplificatore common-source con carico resistivo: voltage-transfer characteristic, concetto di punto di lavoro, linearizzazione attorno al punto di lavoro, principio di sovrapposizione e introduzione alla trattazione dei circuiti analogici tramite modello di piccolo segnale. Definizione di transconduttanza, espressione della transconduttanza in saturazione e in regione lineare, guadagno di tensione di piccolo segnale. Conduttanza di uscita e resistenza di uscita di piccolo segnale. Espressione della resistenza di uscita in funzione della corrente. Esempio di progettazione. Amplificatore common-source PMOS. Utilizzo dell'amplificatore common-source con carico resistivo come invertitore di tensione per realizzare la negazione logica. Svantaggi (power, livelli logici). L'invertitore di tensione CMOS: livelli logici CMOS, vantaggi. L'inverter CMOS come amplificatore: modello di piccolo segnale e guadagno.

  • Amplificatore common-source con carico attivo: guadagno intrinseco, carico PMOS. Introduzione al problema della polarizzazione. Guadagno di piccolo segnale, dinamica di uscita e dinamica di ingresso.

  • Connessione a diodo, introduzione al calcolo di resistenze di piccolo segnale. NMOS vs. PMOS diode-connected pilotati in corrente come voltage reference. Sostituzione con resistenza di bias e calcolo della resistenza.

  • Specchio di corrente di base: principio di funzionamento, calcolo del rapporto tra correnti con/senza effetto di modulazione di canale, minimizzazione dell'effetto di modulazione di canale, regole guida per il transistor sizing. Introduzione al problema dei mismatches nei circuiti ad elevata simmetria: variazioni su aspect-ratio e tensione di soglia, dipendenza dall'area del transistor (formula di Pelgrom e diagramma di Pelgrom). Calcolo del mismatch per uno specchio di corrente, regole di progettazione per minimizzare i mismatches negli specchi di corrente. Ulteriori considerazioni di layout: orientazione dei transistors, utilizzo di dummy transistors, fingering vs. multiplicity. Esempio di realizzazione di un riferimento di corrente stabile mediante l'utilizzo della retroazione negativa, cenni alla realizzazione di riferimenti di tensione LDO. Amplificatore common-source con specchio di corrente.

  • Inseguitore di tensione (source-follower): individuazione dell'effetto body, voltage transfer characteristic, modello di piccolo segnale, calcolo del guadagno e dell'impedenza di uscita per carico resistivo, approssimazioni, NMOS vs. PMOS. Source-follower con carico attivo. Utilizzo del source follower come buffer di tensione. Esempio di amplificatore multi-stadio (common-source + source-follower): guadagno e rete di polarizzazione.

  • Amplificatore common-source con degenerazione: individuazione della presenza di una reazione negativa per la stabilizzazione del guadagno, modello di piccolo segnale, calcolo delle funzioni di trasferimento tra nodo di ingresso e nodi di drain/source, common-source e source-follower come casi particolari, introduzione al concetto di transconduttanza equivalente, interpretazione in termini di retroazione negativa, desensibilizzazione del guadagno dalla transconduttanza, confronto con il caso BJT, calcolo dell'impedenza di uscita di piccolo segnale. Gm-Rout lemma per sistemi lineari, dimostrazione.

  • Amplificatore cascode: impedenza di uscita, identificazione del transistor di ingresso, calcolo della transconduttanza equivalente Gm e del guadagno di piccolo segnale. Carico resistivo, carico attivo PMOS, carico PMOS cascode. Telescopic cascode, output buffering, buffered telescopic cascode.

  • Cascode current mirrors: specchio di corrente cascode di base, vantaggi, transistor sizing, limite sulla dinamica di uscita, threshold-shift, wide-swing (low-voltage) cascode current mirror.

  • Amplificatore common-gate (cenni). Cascode stage come successione di uno stadio common-source e di uno stadio common-gate, telescopic cascode vs. folded-cascode.

 

 e) Amplificatori differenziali

 

  • Introduzione agli amplificatori differenziali: amplificatore differenziale ideale, modello quadripolare, decomposizione di due segnali in segnale di modo comune e segnale di modo differenziale. Amplificatore pseudo-differenziale: guadagno differenziale e guadagno di modo comune, dipendenza dei parametri di lavoro dalla tensione di modo comune.

  • Coppia differenziale con carico resistivo: tail current, analisi di modo comune (equilibrio), voltage transfer characteristic, indipendenza delle tensioni di uscita dalla tensione di modo comune, common-mode input range, tensione sul source comune, determinazione dei valori limite sul common-mode in ingresso. Analisi di modo differenziale: derivazione del guadagno differenziale sia usando la caratteristica di grande segnale che il modello di piccolo segnale, principio della massa virtuale, guadagno residuo di modo comune, dipendenza dalla resistenza Rs, confronto con il caso di amplificatore common-source con degenerazione. Mismatches, regole guida per il transistor sizing per minimizzare i mismatches, offset, compensazione dell'offset (cenni). 

  • Coppia differenziale con carico attivo diode-connected, guadagno di piccolo segnale. Amplificatore fully-differential con PMOS current-source, guadagno di piccolo segnale, necessità del Common-Mode Feedback (cenni). Definizione di Operational Transconductance Amplifier (OTA), telescopic-cascode OTA vs. folded-cascode OTA (cenni). Coppia differenziale con specchio di corrente PMOS, uscita single-ended, calcolo della tensione di uscita all'equilibrio, modello di piccolo segnale, guadagno di piccolo segnale. OTA a due stadi, guadagno.

 

 f) Risposta in frequenza e stabilità

 

  • Risposta in frequenza dell'amplificatore a source comune: frequenza di taglio, banda passante, prodotto guadagno-banda, frequenza di guadagno unitario.

 

 

PARTE II - Elettronica digitale CMOS

 g) Introduzione all'elettronica digitale

 

  • Segnali analogici vs. digitali, logica binaria, costanti e variabili logiche, esempi elettrici (TTL, CMOS, NIM, LVDS), ottici (fibra ottica, compact-disk) e magnetici (hard-disk).

  • Stringhe binarie, MSB/LSB, endianess (big-endian vs. little-endian). Bit, byte e multipli (kB, MB, GB, TB). Sistemi di numerazione posizionali: decimale, ottale, esadecimale, binario. Esempi di codici binari: straight binary, BCD, one-hot/one-cold, termometrico, Gray.

 

 h) Algebra di Boole e circuiti combinatori

 

  • Classificazione dei circuiti digitali (combinatori vs. sequenziali, sincroni/asincroni). Funzioni logiche combinatorie e tabelle di verità. Operatori logici fondamentali: NOT, AND, OR. Algebra di Boole e teoremi di De Morgan, principio di dualità, NAND e NOR come porte logiche universali. Esempio (applicazione pratica): misura dell'efficienza di un rivelatore di tipo scintillatore. Equazioni di semplificazione e loro dimostrazione.

  • Derivazione delle equazioni logiche a partire da tabelle di verità: minterms/maxterms, equazioni logiche come somma di prodotti (SOP) e prodotti di somme (POS). Equazione minima. Introduzione alle mappe di Karnaugh: costruzione, numerazione Gray, caselle/ righe adiacenti, esempi.

  • Semplificazione delle mappe di Karnaugh con esempi vari. XOR e XNOR. Realizzazione di blocchi combinatori di uso comune: multiplexer/demultiplexer, decoders, encoders, esempi (binary/Gray, Gray/binary, one-hot). Comparatore binario. Somma binaria, half-adder/full-adder, ripple-carry-adder. Sottrazione binaria, half-subtractor/full-sutractor. Moltiplicazione binaria (cenni). Barrel shifters. Esempio semplificato di Arithmetic Logic Unit (ALU) a 1-bit.

 

 i) Realizzazione di circuiti combinatori in logica CMOS

 

  • Il transistor MOS come interruttore, simboli usati in elettronica digitale, CMOS logic levels. CMOS inverter: richiami sull'amplificatore common-source, voltage-transfer characteristic (VTC), NMOS-only inverter e svantaggi, importanza del processo CMOS, CMOS inverter. Implementazione CMOS di NAND/NOR/AND/OR gates.

  • Implementazione CMOS di funzioni logiche più complesse, pull-up network (PUN) vs. pull-down network (PDN). CMOS XOR/XNOR gates. CMOS switch, pass-gate logic, esempi (multiplexer pass- gate).

  • Lo stato di alta impedenza, esempi pratici (protocollo I2C). 3-state CMOS logic ed esempi: 3-state inverter, 3-state buffer, 3-state multiplexer. Ulteriori considerazioni sull'inverter CMOS: calcolo del consumo di potenza dinamico, noise margin, definizione operativa di tempo di ritardo (delay), input-slew vs. load capacitance, fan-in/fan-out, optimum transistor sizing per inverter, NOR e NAND gates. Dimostrazione del fatto che NMOS (PMOS) sia un buon pull-down (pull-up) device ma non il viceversa.

 

 l) Introduzione all'elettronica digitale sequenziale

 

  • Circuiti con memoria, elemento bistabile di base, derivazione della caratteristica esponenziale in transitorio. Ring-oscillator come generatore di clock, oscillatore di Pierce. Latches vs. FlipFlops: NOR-based e NAND-based S/R latches, gated S/R latch, D-latch e D-Flip-Flop, tempo di setup e di hold.

  • Implementazione CMOS di latches e FlipFlops. Reset sincrono vs. asincrono. T-FlipFlop, J/K FlipFlop. Esempi di circuiti sequenziali: clock-divider, 1-bit register, ripple-counter, contatore sincrono binario, shift-registers (SISO/SIPO/PISO/PIPO), Johnson counter. Introduzione alle macchine a stati finiti, derivazione del diagramma di stato a partire da un circuito, encoding degli stati (straight binary, Gray, one-hot/one-cold), minimum cost vs. minimum risk, macchine di Mealy vs. Moore.

  • Il problema del timing nei circuiti digitali: timing-hazards e glitches nei circuiti combinatori (esempi), derivazione di setup/hold constraints per i circuiti sincroni.

  • Introduzione alle memorie e loro classificazione. Implementazione CMOS della cella di RAM di base a 6 transistor e concetto di puntatore.

 

The course consists of 48 hours of lectures (corresponding to 6 CFU) and is divided in two complementary parts. In the following a detailed overview of topics proposed and discussed in the course (left-click on each section to expand and view the content).


PART I - CMOS analog electronics

 Review of circuits theory fundamentals

 

  • TODO

  • TODO

 

 Negative-feedback systems and operational amplifiers

 

  • TODO

  • TODO

 

 Physics of the MOS transistor

 

  • TODO

  • TODO

 

 Single-stage amplifiers

 

  • TODO

  • TODO

 

 Differential amplifiers

 

  • TODO

  • TODO

 

 Frequency response and stability issues

 

  • TODO

  • TODO

 

 

PART II - CMOS digital electronics

 Introduction to digital electronics

 

  • TODO

  • TODO

 

 Boolean algebra fundamentals and combinational circuits

 

  • TODO

  • TODO

 

 Implementation of CMOS combinational circuits

 

  • TODO

  • TODO

 

 Introduction to sequential circuits and memories

 

  • TODO

  • TODO

 

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Tradizionale utilizzando la lavagna. Per le lezioni non si utilizzano diapositive proiettate.

Ad integrazione delle lezioni teoriche in aula seguiranno anche alcune ore di esercitazione al computer nelle quali si farà utilizzo di un simulatore circuitale SPICE, nello specifico il pacchetto software LTspice messo a disposizione gratuitamente dalla Analog Devices. Per seguire queste esercitazioni si richiede di installare in autonomia questo programma, liberamente scaricabile a partire dal seguente indirizzo:

https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Il software è ufficialmente supportato per i sistemi operativi Windows e Mac ma può essere utilizzato senza alcun problema di installazione anche sotto Linux utilizzando l'applicazione Wine.

LTspice può essere inoltre installato senza privilegi di amministratore sul proprio account Windows centralizzato UniTo utilizzando una qualsiasi macchina disponibile nelle aule informatiche a partire dal seguente indirizzo:

https://www.to.infn.it/~pacher/didattica/Elettronica/LTspice

Allo scopo è sufficiente scaricare il file .zip messo a disposizione dal docente (scaricare l'ultima versione disponibile) ed estrarlo in una cartella locale, ad esempio:

C:\Users\<username>\local\LTspice

L'eseguibile da lanciare si identifica poi come:

C:\Users\<username>\local\LTspice\<versione>\LTspice.exe

Traditional using the blackboard. No slides will be used for lecturing.

Theoretical lectures will be followed by hands-on laboratories to introduce the usage of a SPICE circuit simulator, in particular the free LTspice software package provided by Analog Device. Each student is therefore requested to install this program, which is freely available starting from the following link:

https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

This software is officially supported for Windows and Mac operating systems, but it runs out-of-the-box also under Linux through the Wine application.

LTspice can be also installed without high-privileges on any machine available in computing rooms and accessing UniTo central Windows accounts using the following address:

https://www.to.infn.it/~pacher/didattica/Elettronica/LTspice

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Breve esame scritto della durata di circa un'ora (risoluzione di 2-3 esercizi di analisi e sintesi di semplici circuiti come quelli discussi a lezione) seguito da discussione orale. Il superamento dell'esame scritto permette di accedere alla prova orale. Esame scritto e orale vengono sostenuti nello stesso giorno. Durante lo svolgimento dell'esame scritto non è consentito l'utilizzo di appunti, formulari, libri di testo o altro materiale. L'utilizzo della calcolatrice è invece consentito.

Esempi di esame scritto sono disponibili alla voce Materiale didattico di questa pagina.

Per gli studenti/studentesse Erasmus: in caso di conoscenza limitata della lingua italiana o di altre difficoltà linguistiche entrambi gli esami scritto e orale possono essere sostenuti in lingua inglese senza alcuna limitazione.

 

 

Short written exam of the duration of about one hour (resolution of 2-3 exercises of analysis and synthesis of simple circuits as those proposed during lectures) followed by an oral discussion. Passing the written exam allows to proceed with the oral session. Both written and oral exams will occur on the same day. During the written exam the usage of personal notes, forms, textbooks or other resources is forbidden. The usage of a calculator is allowed instead.

Sample past written exams are available in the Course material section of this page.

For Erasmus students: in case of limited knowledge of the Italian language both written and oral exams can be given in English instead.

 

Oggetto:

Attività di supporto

Al termine delle lezioni il docente resta a disposizione per alcune ore di lezione aggiuntive in preparazione dell'esame per rispondere a domande e per discutere la soluzione di ulteriori esercizi in stile di esame.

Vengono inoltre messe a disposizione le video-registrazioni Webex delle lezioni svolte nell'Anno Accademico 2020/21 raccolte di seguito:

 

 Parte I - Elettronica analogica [Prof. Rivetti] - Links alle video-registrazioni dell'anno accademico 2020/21

1. Ripasso: generatori controllati, quadripoli, classificazione amplificatori
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1417cb7bd2ce49e085b9f38a60e71e06

2. Amplificatori single-ended vs. differenziali, sistemi a retroazione negativa
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/3d7c8351968e4bd38fc1c274c60c8d35

3. Dimostrazione LTspice, introduzione al MOS-FET e alle tecnologie CMOS
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cf8b9abcacec4f14b9c82221f115bd85

4. Caratteristica I/V MOS, effetto di modulazione di canale, PMOS transistor
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/abbc72cb99864d09bb81b9a87ee052e8

5. Amplificatore common-source, modello di piccolo segnale
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7d384c2dface4b6394be14c79aabc34e

6. Amplificatore common-source (cont'd), CMOS inverter
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/fc3f78ffa6964cba889d8ce12266b570

7. Amplificatore common-source con carico attivo, diode-connected MOS
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7c37f1028d76459ca54e0296438c214e

8. Specchio di corrente, amplificatore common-source con degenerazione, body-effect
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/44aed680fe9d4b179f8d907ae39c4e4c

9. Amplificatore common-source con degenerazione (cont'd), source follower, cascode 
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/e9b11e14fc364883a524e2e46266740c

10. Amplificatore cascode, amplificatore di trans-impedenza
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/449eb48792b54a83acd3136d19112ac7

11. Amplificatore common-gate, introduzione agli amplificatori differenziali
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/df4d8b3443ed4497b77acac685641c16

12. Coppia differenziale di base
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/01b63cddf304454998794fde3517cce5

13. Coppia differenziale con carico attivo
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/b2fb327bc99e4f45b3375511c3b6e003

14. Coppia differenziale retroazionata, regolatore LDO
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/aead903b97e24523a451e2429d175be6

15. Trasformate di Laplace, capacità parassite nel transistor MOS, diagrammi di Bode
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/6560cbc67ac24159914b7aa0a056e078

16. Risposta in frequenza, effetto Miller
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7c481c46903b44f4bcd630fd659411b8

17. Bandgap, LVDS, common-mode feedback
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/ee4007c84215469a9abddac26a2061d4

18. Esercitazione aggiuntiva in preparazione d'esame
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/810bb9f8ba9e403883ebeeeffa073549

19. Ulteriore sessione di domande in preparazione d'esame
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/0c0557d8ef434ecaa7db9974505ddd8e

 

 Parte II - Elettronica digitale [Prof. Pacher] - Links alle video-registrazioni dell'anno accademico 2020/21

1. Mar 29/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/675e5e3709734f13bf27f470eff3dc6d
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/81b3e1a30b324b6da3e3e79f895b0e3a

2. Mer 30/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/a4562d32d9884f1f97a1126715092555

3. Gio 01/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1d0ea5c6959d405db117f91e092a255d

4. Mar 06/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/690dcbacb0f14ef5b4fa64cc752e54d3

5. Mar 17/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/411f59d73c794d9789044502ba2e225b

6. Mer 18/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c5d5f847ce334ed3b362f2198574c546

7. Gio 19/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/bbc30690613c4270aafd772839d33b4a

8. Mar 24/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/21e4920bc56e4fac95d836078ff492f9

9. Mer 25/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cb3b48d4d5d546b29132e75ab8c62a19

10. Gio 26/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/634ce12191114014ac8c59571281d112

11. Mer 2/12/2020 (esercitazione aggiuntiva in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7e2809d3a7e34468ac708c6429215f28

Extra hours offered by both teachers at the end of official lectures in order to answer to student questions and to discuss futher exercises before the first written exam.

Additionally students can also refer to Webex video-recorded lectures held in the Acadmic Year 2021/22 listed below:

 

 Part I - Analog electronics [Prof. Rivetti] - Links to video-recorded lectures held during Academic Year 2020/21

1. Mar 22/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1417cb7bd2ce49e085b9f38a60e71e06

2. Mer 23/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/3d7c8351968e4bd38fc1c274c60c8d35

3. Gio 24/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cf8b9abcacec4f14b9c82221f115bd85

4. Mer 07/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/abbc72cb99864d09bb81b9a87ee052e8

5. Gio 08/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7d384c2dface4b6394be14c79aabc34e

6. Mar 13/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/fc3f78ffa6964cba889d8ce12266b570

7. Mer 14/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7c37f1028d76459ca54e0296438c214e

8. Gio 15/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/44aed680fe9d4b179f8d907ae39c4e4c

9. Mar 20/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/e9b11e14fc364883a524e2e46266740c

10. Mer 21/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/449eb48792b54a83acd3136d19112ac7

11. Gio 22/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/df4d8b3443ed4497b77acac685641c16

12. Mar 27/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/01b63cddf304454998794fde3517cce5

13. Mer 28/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/b2fb327bc99e4f45b3375511c3b6e003

14. Mar 03/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/aead903b97e24523a451e2429d175be6

15. Mer 04/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/6560cbc67ac24159914b7aa0a056e078

16. Gio 05/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7c481c46903b44f4bcd630fd659411b8

17. Mer 11/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/ee4007c84215469a9abddac26a2061d4

18. Mar 24/11/2020 (esercitazione aggiuntiva in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/810bb9f8ba9e403883ebeeeffa073549

19. Lun 14/12/2020 (ulteriore sessione di domande in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/0c0557d8ef434ecaa7db9974505ddd8e

 

 Part II - Digital electronics [Prof. Pacher] - Links to video-recorded lectures held during Academic Year 2020/21

1. Mar 29/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/675e5e3709734f13bf27f470eff3dc6d
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/81b3e1a30b324b6da3e3e79f895b0e3a

2. Mer 30/09/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/a4562d32d9884f1f97a1126715092555

3. Gio 01/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/1d0ea5c6959d405db117f91e092a255d

4. Mar 06/10/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/690dcbacb0f14ef5b4fa64cc752e54d3

5. Mar 17/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/411f59d73c794d9789044502ba2e225b

6. Mer 18/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/c5d5f847ce334ed3b362f2198574c546

7. Gio 19/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/bbc30690613c4270aafd772839d33b4a

8. Mar 24/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/21e4920bc56e4fac95d836078ff492f9

9. Mer 25/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/cb3b48d4d5d546b29132e75ab8c62a19

10. Gio 26/11/2020
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/634ce12191114014ac8c59571281d112

11. Mer 2/12/2020 (esercitazione aggiuntiva in preparazione d'esame)
https://unito.webex.com/recordingservice/sites/unito/recording/play/7e2809d3a7e34468ac708c6429215f28

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Testi consigliati

Gli argomenti del programma proposti e discussi a lezione seguono la trattazione presentata sui seguenti testi di riferimento:

  • B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill [Cap 2,3,4,5]
  • B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, Wiley&Sons [Cap 6,7,8,9,10]
  • A. Rivetti, CMOS Front-End electronics for Radiation Sensors, CRC Press [Cap 2,3]
  • J.M. Rabaey, Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, Pearson [Cap 5,6]

Il libro Fundamentals of Microelectronics è inoltre accompagnato da una collezione di 45 video-lezioni tenute dall'autore Razavi e liberamente disponibili sul canale YouTube.

Altri testi utili

Coloro interessati a continuare il percorso di laurea magistrale con una specializzazione in ambito elettronico/microelettronico possono trovare ulteriori riferimenti e approfondimenti nei seguenti libri di testo:

  • D.A. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design - Wiley&Sons
  • W.M. Sansen, Analog Design Essentials - Springer
  • P.R. Gray, R.G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits - Wiley&Sons
  • P.E. Allen, D.R. Holberg, CMOS Analog Circuit Design - Oxford University Press
  • A.S. Sedra, K. Smith, Microelectronics Circuits - Oxford University Press 
  • J.F. Wakerly, Digital Design, Principles and Practice, Prentice Hall
  • A.K. Maini, Digital Electronics, Principles, Devices and Applications, Wiley&Sons
  • M.M. Mano, C.R. Kime, Logic and Computer Design Fundamentals, Pearson
  • S. Kang, Y. Lebebici, CMOS Digital Integrated Circuits: Analysis and Design, McGraw-Hill

It is not required to buy a specific book for the course. Some useful references are:

  • B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, Wiley&Sons
  • B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill
  • D.A. Johns, K. Martin, Analog Integrated Circuit Design - Wiley&Sons
  • P.R. Gray, R.G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits - Wiley&Sons
  • A. Rivetti, CMOS Front-End electronics for Radiation Sensors, CRC Press
  • J.F. Wakerly, Digital Design, Principles and Practice, Prentice Hall
  • A.K. Maini, Digital Electronics, Principles, Devices and Applications, Wiley&Sons
  • M.M. Mano, C.R. Kime, Logic and Computer Design Fundamentals, Pearson
  • S. Kang, Y. Lebebici, CMOS Digital Integrated Circuits: Analysis and Design, McGraw-Hill
  • J.M. Rabaey, Digital Integrated Circuits: A Design Perspective, Pearson

The book Fundamentals of Microelectronics is accompanied by a collection of 45 video-lectures given by the author Razavi and freely available on the YouTube channel.



Oggetto:

Note

Frequenza non obbligatoria. Tuttavia è fortemente consigliato di seguire in presenza le lezioni.

Studenti/studentesse con Disturbi Specifici dell'Apprendimento (DSA) o disabilità sono pregati di prendere visione della documentazione ufficiale di Ateneo in merito alle modalità di supporto e alle modalità di accoglienza, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d'esame.

Attending lectures is not mandatory. However it is strongly recommended to attend the class.

Students with Specific Learning Disorders (SLD) or disabilities are encouraged to review the official documentation related to support and hospilatilty, with particular attention to the exam support procedures foreseen by the Ateneo.

Oggetto:

Orario lezioniV

GiorniOreAula
Martedì9:00 - 11:00Aula Wick Dipartimento di Fisica
Giovedì9:00 - 11:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 25/09/2025 al 09/01/2026

Nota:

Salvo diversa segnalazione le lezioni si terranno sempre il martedì e il giovedì nella fascia oraria 9-11 in Aula Wick e Aula Avogadro rispettivamente. Di seguito l'orario dettagliato dell'insegnamento e il registro lezioni.



Giorno    Orario    Aula    Note   
25/09/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione  1 - Introduzione al corso. Ripasso: leggi dei circuiti
30/09/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione  2 - Legge di Ohm, potenza, classificazione dei bipoli
02/10/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione  3 - Resistori, condensatori, induttori
14/10/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione  4 - Impedenze complesse, calcolo fasoriale
16/10/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione  5 - Trasformata di Laplace, calcolo simbolico generalizzato
21/10/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione  6 - Sistemi LTI e funzioni di trasferimento
23/10/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione  7 - Poli e zeri di funzioni di trasferimento, diagrammi di Bode
30/10/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione  8 - Bipoli attivi (generatori)
04/11/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione  9 - Teoremi sui circuiti
06/11/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 10 - Quadripoli e modelli
11/11/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione 11 - Classificazione e macro-modelli degli amplificatori
13/11/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 12 - Principi della retroazione negativa
18/11/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione 13 - Amplificatori operazionali
19/11/2025 - Mer 14-16 Avogadro Lezione 14 - Amplificatori operazionali (cont’d)
20/11/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 15 - Introduzione al MOS transistor
25/11/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione 16 - Processi e tecnologie CMOS, esempi al CAD
27/11/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 17 - Fisica del transistore MOS
02/12/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione 18 - Fisica del transistore MOS (cont’d)
04/12/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 19 - Modello di piccolo segnale. Amplificatore common-source. Risposta in frequenza
05/12/2025 - Ven 11-13 Aula D Lezione 20 - Amplificatore common source con carico attivo. Connessione a diodo, specchio di corrente
09/12/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione 21 - Mismatches. Body-effect. Source follower
11/12/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 22 - Amplificatore common-source con degenerazione. Amplificatore cascode
16/12/2025 - Mar 09-11 Wick Lezione 23 - Amplificatori differenziali
18/12/2025 - Gio 09-11 Avogadro Lezione 24 - Elettronica digitale CMOS



INFORMATIVA SULLA PRIVACY

I links alle video-registrazioni delle lezioni sono resi pubblici e messi a disposizione senza alcuna restrizione. Il materiale video-registrato contiene pertanto esclusivamente le riprese del docente alla lavagna senza traccia alcuna dei partecipanti alle lezioni in ottemperanza alle leggi vigenti sulla privacy.


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