FACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA in Ingegneria Elettronica

Classe LM/29

Insegnamento di Costruzioni Elettroniche

S.S.D. ING-INF/01 – 9 C.F.U. – A.A. 2015-2016

Docente: Prof. Stefano Salvatori

e-mail: stefano.salvatori@unicusano.it

(solo per comunicazioni interne e amministrative)

Nickname: salvatori.stefano

Presentazione del corsoIl corso di Costruzioni Elettroniche, al secondo anno della Laurea Magistrale in IngegneriaElettronica (LM-29), si propone di illustrare gli elementi principali della metodologia diprogettazione di apparati elettronici basati sia su componenti discreti che su circuiti integrati.Obiettivo principale del corso è quello di trasmettere agli studenti gli strumenti di analisi e di sintesiutili alla progettazione analogica nonché le strategie principali da adottare nella progettazione didispositivi e sistemi digitali. Gli incontri saranno suddivisi in lezioni teoriche di tipo frontale edesercitazioni in aula. La teoria comprenderà lo studio di architetture particolarmente interessanti.Spesso si farà diretto riferimento ai brevetti e alle idee coinvolte nel particolare progetto. Leesercitazioni riguarderanno la risoluzioni di problemi via via più complessi riguardanti anche stadidi circuiti integrati analogici BJT o CMOS.

Nello spazio delle 54 lezioni verranno investigati diversi esempi applicativi mettendo in evidenzal'idea alla base del progetto originario. Non essendo possibile toccare tutti gli aspetti che sono allabase dell'elettronica, sono stati quindi scelti argomenti ed esempi che si ritengono più utili per unamaturazione professionale di progettista.

È naturale che il desiderio fondamentale di ciascuno studente sia quello di superare al megliol'esame finale e che questo spesso indichi la conclusione del suo “interesse” per il corso. Si vuoletuttavia consigliare ognuno che uno degli obiettivi principali di un esame è la dimostrazione di averappreso quelli che sono gli aspetti fondamentali di una materia. Ciò che quindi verrà richiesto insede di esame finale sarà di dimostrare la propria attitudine al progetto: alla risoluzione, cioè, di unparticolare problema pratico. Ovviamente, non ci si allontanerà troppo da quelli che sono i circuititrattati, ma saranno valutate più positivamente le soluzioni originali che derivano da una attentacomprensione degli argomenti studiati.

Il corso è stato diviso in 6 moduli, ognuno riguardante un aspetto specifico della preparazione.La sua organizzazione prevede una attività distribuita su 12 settimane seguendo la scansionedelineata nel programma descritto più avanti.

Il materiale utile allo studio e disponibile in piattaforma comprende:• video delle lezioni svolte alla lavagna e pensate per dare allo studente il tempo necessario

per prendere appunti e acquisire meglio le informazioni;• dispense delle lezioni in cui sono riassunti i concetti fondamentali illustrati a lezione che il

discente potrà consultare per un rapido ripasso/studio degli argomenti;• verifiche scritte con esercizi riguardanti gli argomenti di diverse lezioni consecutive. Ogni

verifica potrà essere spedita al docente perché provveda alla sua correzione. Le verifiche, daconsiderare come test di autovalutazione, sono state pensate come guida per unapreparazione più consapevole degli argomenti.

Inoltre, ogni studente avrà la possibilità di accedere a un forum in cui potrà trovare commenti,consigli e discussioni inerenti l'esame con argomenti proposti sia dal docente che dai discenti stessi.Alla stessa stregua, per ogni periodo didattico è prevista l'istituzione di una classe virtuale in cuiognuno potrà partecipare per fornire o usufruire del contributo di ciascuno come se si fosse presentiin un ambiente di discussione libera (su argomenti, ovviamente, inerenti il corso).

Qui di seguito viene riportato un breve elenco di “consigli” che si ritengono utili per unapreparazione più serena, ma soprattutto consapevole, della disciplina.

Indicazioni sulla preparazionePer una adeguata preparazione all'esame finale si consiglia di seguire i seguenti passi:

1. prima fase di studio:visione dei video del particolare modulo. L'ordine dei video è stato scelto in modo che siabbia una progressione nella preparazione;

2. seconda fase di studio (anche contemporaneamente alla precedente):consultare gli appunti delle lezioni del modulo, indicati come file AppuntiModulo-x.pdf incui sono trattati gli argomenti salienti. A volte, il dettaglio dei calcoli è tralasciato elasciato per esercizio personale applicando quanto appreso al punto 1;

3. fase di verifica in itinere: a) TEST:

svolgere gli esercizi e/o il questionario che consente l'accesso al modulo successivo (imoduli sono stati pensati per essere svolti nell'ordine indicato e propedeutici unorispetto al prossimo). I test propri della piattaforma saranno svolti direttamente in rete.

Nel caso in cui la valutazione risulti sufficiente, come indicato sul test stesso, verràconsentito l'accesso delle lezioni successive (1).

b) ESERCIZI PDF:gli esercizi e/o questionari presenti come file pdf sono pensati come verifiche initinere (al pari dei test) e il loro svolgimento è spesso analogo a quello che siaffronterà in sede di esame finale. Quindi, sarà necessario scaricare il file .pdfindicato, stamparlo e quindi svolgerlo a penna con grafia chiara. Il documento cosìcompilato (in ogni sua parte) dovrà essere acquisito mediante uno scanner ofotografato e salvato in formato jpg o pdf. Il file così salvato potrà essere inviato aldocente come ALLEGATO A UN MESSAGGIO NELLA PIATTAFORMA. Ildocente provvederà alla sua correzione e all'invio del risultato.

4. Ricevimento e lezioni di approfondimento:durante i periodi didattici indicati sul sito www.unicusano.it il docente saràdisponibile per spiegazioni e/o approfondimenti seguendo l'orario pubblicato sul sitosuddetto (vedi dopo). Tuttavia, per quanti siano impossibilitati, per motivi siafamiliari che di lavoro, a usufruire di questo servizio in diretta tramite la piattaformadella Unicusano, il docente potrà essere contattato tramite messaggio come previstodalla piattaforma stessa.

5. Prova d'esame:In linea di massima, il superamento dell'esame prevede una prova scritta in cuidevono essere svolti degli esercizi di analisi o di progetto. È comunque benvenuta unaeventuale prova orale, anche in teleconferenza, utile ad aggiustare il voto finale. Pergli esami presso la sede di Roma, la modalità è preferibilmente orale. Al voto finale,se necessario, potrà contribuire anche la valutazione conseguita col lavoro in itineredescritto al punto 3).

PropedeuticitàPer una preparazione più certa e serena del corso di Costruzioni Elettroniche si consiglia di svolgereprima i corsi di Elettronica II, Misure Elettriche ed Elettroniche ed Elettronica Digitale. Inoltre, èevidente che lo studente che si avvicina alla preparazione di questa materia abbia una buonapadronanza di alcuni argomenti di elettronica e elettrotecnica trattati tipicamente nei corsi di laureadi primo livello, con indirizzo elettronico e industriale e che si riducono essenzialmente a:

- Elettrologia e teoria delle reti.- Caratteristiche di componenti lineari: resistori, condensatori e induttori. - Caratteristiche di componenti non lineari: diodo e transistor (MOS e BJT). - Amplificatori basati su transistor: caratteristiche di linearità e di risposta in frequenza.- Circuiti lineari e non lineari basati su amplificatori operazionali.- Progetto di filtri attivi.

Ricevimento studentiConsultare il calendario alla pagina seguente del nostro sito verificando gli orari di Videoconferenzahttp://www.unicusano.it/calendario-lezioni-in-presenza/calendario-area-ingegneristica

1 Attualmente questa modalità è disabilitata e l'accesso ai moduli è libero.

Orario delle lezioniConsultare il calendario alla pagina seguente del nostro sito verificando gli orari di Lezionehttp://www.unicusano.it/calendario-lezioni-in-presenza/calendario-area-ingegneristica

Date degli appelliConsultare il calendario alla pagina http://www.unicusano.it/date-appelli/appelli-ingegneria per gliappelli nella sede di Roma, e alla pagina http://www.unicusano.it/date-appelli/appelli-sedi-esterneper gli appelli nelle sedi esterne.

Programma del corso

INTRODUZIONE (Settimane 1-3)Un esempio di progetto: annullamento dell’offset e della corrente di bias per un integratore;generalità sulla progettazione analogica e digitale: il flusso di azioni coinvolte nellarisoluzione di un problema; metodi di analisi come metodi di sintesi: metodi delle costanti ditempo (Open Circuit Time Constant, Short Circuit Time Constant, Zero Voltage TimeConstant); analisi e simulazione di circuiti; esempio di progetto affrontato seguendo il metododelle costanti di tempo; progetto di un amplificatore a radiofrequenza con prodotto guadagno-larghezza di banda pari a 1 GHz); analisi e sintesi di semplici amplificatori integrati eOpAmp; l’OpAmp a reazione di corrente: analisi e progetto.

PROGETTO DI FILTRI (Settimane 4-5)generalità e definizioni per i filtri elettronici; risposte standard dei filtri; metodologie per laprogettazione di filtri; esempi di progetto: filtro antialiasing per sistema di conversione A/D efiltro per CD audio; array analogici programmabili per larealizzazione di circuiti dicondizionamento e filtraggio dei segnali; tipologie di filtri digitali e cenni sul loro progetto;

CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE (Settimane 6-7)generalità e definizioni per gli ADC; caratteristiche generali degli ADC; convertitori adapprossimazioni successive (SAR); sovracampionamento e noise-shaping; il modulatore ΣΔ;architettura dei convertitori ΣΔ; generalità sui sensori e esempio di sistema dicondizionamento; esempi di sistemi di condizionamento con OpAmp; applicazioni pratichedegli ADC: criteri di scelta per l’ADC e altri esempi di misura di temperatura, bilanciaelettronica e misura di potenza (ADE7755).

BREADBOARDING (Settimane 8-9)Componenti passivi; regole fondamentali per la progettazione di schede; alimentazione eriferimenti; dissipazione di potenza; disturbi EMI; interfacciamento con logica a bassatensione; schede di sviluppo e prototipazione; cenni sul tool OrCAD.

METODOLOGIA DI PROGETTAZIONE DIGITALE (Settimane 10-11)Porte CMOS; latch e flip-flop CMOS; circuiti combinatori e sequenziali; layout e designroles; il tool L-edit (Student version) per la progettazione di semplici sistemi digitali CMOS;logiche programmabili; il tool di sviluppo IspLEVER della Lattice Semiconductor; esempi disemplici progetti di sistemi combinatori e macchine sequenziali; sistema di controllo digitaleper sistema di acquisizione multicanale basato su convertitori corrente-digitale di tipo ΣΔ.

APPROFONDIMENTI E ESERCIZI D'ESAME (Settimana 12; Modulo “Lezioni diapprofondimento” e “Esercizi”)

Si consiglia di sfruttare l'ultima settimana come periodo di approfondimento e applicazionedei concetti appresi con risoluzione autonoma degli esercizi proposti e di cui è fornita lasoluzione.

Riferimenti bibliografici

1. Dispense del docente. 2. Testi consigliati per la consultazione:

a. M. Thompson, Intuitive Analog Circuit Design, Newnes-Elsevier, 2006;b. R. A. Pease, Troubleshooting Analog Circuits, Newnes-Elsevier, 1999;c. Analog-Digital Conversion, W. Kester ed., Analog Devices, www.analog.com

Obiettivi formativi:

Il corso intende fornire gli strumenti utili alla progettazione di sistemi elettronici analogici e digitaliapprofondendo gli aspetti più vicini all'attività professionale. Per ciò, vengono presentate diverseapplicazioni dei circuiti integrati fornendo una certa competenza sugli argomenti. Non sonotrascurate le applicazioni che riguardano il campo della strumentazione.

Risultati di apprendimento attesi:

Conoscenza di soluzioni circuitali sia elementari che avanzate e basate su dispositivi analogici edigitali. Competenza nell'analisi dei circuiti anche complessi con metodi più prossimi al progettistacon un approccio più pratico ma comunque rigoroso. Capacità di progettare soluzioni circuitali piùo meno complesse in base a specifiche e requisiti prefissati.

Programma ridotto:

Gli studenti che, a seguito dell’avvenuto riconoscimento di un esame affine, sostenuto in unaprecedente carriera accademica, devono sostenere l’esame di Costruzioni Elettroniche sono invitati

a contattare il docente inviando il programma dell’esame già sostenuto. In tal modo, potranno esseredefiniti i moduli da assegnare per il sostenimento dell'esame in forma ridotta (e non da 9 c.f.u.).

Modalità d’esame e di valutazione

L'esame fuori sede scritto è composto da esercizi di analisi e/o progettazione. A seconda dellanatura degli esercizi, potrebbero essere presenti anche domande di teoria. Il tempo a disposizioneper la prova è di 90 minuti e lo svolgimento deve rigorosamente attenersi ai quesiti proposti.L’esame si supera con un minimo di 18 punti. Chiarezza espositiva, sia dal punto di vista graficoche di metodologia, nonché la presenza di commenti che giustifichino i passaggi svolti e rendanopiù chiara la lettura, saranno ritenuti elementi utili per la valutazione della prova. Se il giudizio dellaprova è ritenuto almeno sufficiente (punteggio almeno pari a 18) si potrà usufruire di una eventualeintegrazione tenendo conto del punteggio acquisito durante le prove intermedie. È consentito l'usodel materiale cartaceo del corso (dispense ed esercizi) e della calcolatrice scientifica (ancheprogrammabile). È naturalmente proibito l'uso di supporti informatici: computer, tablet,cellulare o smartphone, o qualunque strumento che consenta la connessione su rete internet

Coloro che intendono sostenere l'esame presso la sede di Roma possono scegliere se sostenerel'esame scritto, con modalità identiche a quelle previste per i poli esterni, o l'esame orale con ildocente e la commissione, durante il quale verrà comunque richiesto anche lo svolgimento diesercizi numerici. Si noti che, qualora lo studente non esprima la propria preferenza per una delledue modalità d'esame (orale o scritto) con congruo anticipo (almeno una settimana prima della datad'esame), la modalità d'esame presso la sede di Roma sarà quella scritta.

Stefano Salvatori, PhDDati Personali

Nome Stefano Salvatori nato Italia, Roma, 9 ottobre 1965

e-mail stefano.salvatori@unicusano.it nick salvatori.stefano

Posizione attuale

Professore Associato (SSD ING-INF/01, elettronica) presso l'Università degli Studi “Niccolò Cusano” di Roma, Via Don Gnocchi 3, 00166 – Roma corso di Elettronica II (Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica, LM29).

Curriculum Professionale

dal 5/2014 Professore Universitario di seconda fascia (Associato) (Abilitazione Scientifica Nazionale alle funzioni di professore universitario di II fascia dal 4 febbraio 2014)

2000 al 5/2014 Docente di ruolo di Elettronica (abilitazione all'insegnamento dal 2000, classe di concorso A034-Elettronica)

Curriculum degli Studi

5/1998 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettronica (X ciclo), presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell'Università degli Studi Roma TRE, svolto per l'intero triennio (1 novembre 1994 - 31 ottobre 1997), con tesi su "Fotorivelatori per ultravioletto basati su film sottili diamante depositati su silicio", sotto la guida del Prof. F. Galluzzi, (titolo conferito in data 28 maggio 1998)

4/1992 Laurea in Ingegneria Elettronica conseguita presso l'Università degli Studi di Roma "La Sapienza", il 09 aprile 1992

Maturità Scientifica (Sperimentale) conseguita presso il XXIV Liceo Stataledi Roma

Borse di Studio e stage all'estero

1998 Borsa di studio post-dottorato INFM (dal 1/1/1998 al 31/12/1998), sul tema: "Effetti di difetti ed impurezze sulle proprietà optoelettroniche di film di diamante"

1997 Université Paris-Nord, Laboratoire de Physique del Lasers , su rispostafotoelettrica di rivelatori di diamante a eccitazione laser impulsata nel VUV

1993-1994 Borsa di studio CNR post-laurea, prog. Materiali speciali per tecnologie avanzate, "Deposizione di film di diamante o simili al diamante per applicazioni biomediche"

1992 Renssellear Polytechnic Institute, Troy (New York), presso il Prof. P. Das sullamodellistica dell'interazione acusto-elettrica in dispositivi SAW

Attività Didattica presso l'Università

A.A. 2014/2015 corso di Elettronica II - Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica – Universitàdegli Studi “Niccolò Cusano“ - Roma

A.A. 2013/2014

A.A. 2012/2013

corso di Microelettronica - Laurea (triennale) in Ingegneria Elettronica - Facoltàdi Ingegneria dell’Univ. Roma Tre;corso di Elettronica dei Sistemi Programmabili - Laurea Magistrale inIngegneria Elettronica per l’Industria e l’Innovazione e in Ingegneria delleTecnologie della Comunicazione e dell'Informazione - Facoltà di Ingegneriadell’Univ. Roma Tre

A.A. 2011/2012 corso di Microelettronica - Laurea (triennale) in Ingegneria Elettronica - Facoltàdi Ingegneria dell’Univ. Roma Tre;corso di Progettazione Analogica e Digitale - Laurea Magistrale in IngegneriaElettronica per l’Industria e l’Innovazione - Facoltà di Ingegneria dell’Univ. RomaTre

A.A. 2010/2011

A.A. 2009/2010

corso di Microprocessori e microcontrollori - Laurea Magistrale in IngegneriaElettronica per l’Industria e l’Innovazione - Facoltà di Ingegneria dell’Univ. RomaTre;corso di Progettazione Analogica e Digitale - Laurea Magistrale in IngegneriaElettronica per l’Industria e l’Innovazione - Facoltà di Ingegneria dell’Univ. RomaTre

A.A. 2008/2009 corso di Progettazione Analogica e Digitale - Laurea Magistrale in IngegneriaElettronica per l’Industria e l’Innovazione, Ingegneria per l’Elettronica di Potenzae Ingegneria Biomedica - Facoltà di Ingegneria dell’Univ. Roma Tre;corso di Elettronica III - Laurea (triennale) in Ingegneria Elettronica - Facoltà diIngegneria dell’Univ. Roma Tre

dal 2006 al 2008 ha curato e tenuto l’attività di laboratorio per il corso Laboratorio di Ottica, perla laurea triennale del corso di studi in Ottica e Optometria presso la facoltà diFisica dell’Univ. Roma Tre

dal 2003 al 2007 ha curato e tenuto le esercitazioni teorico-pratiche di laboratorio per il corso diElettronica II, per la laurea triennale del corso di studi in Ingegneria elettronicadell’Univ. Roma Tre

dal 2001 al 2004 ha curato e tenuto in parte il secondo modulo del corso di Tecnologie emateriali per l’elettronica incentrato sulla metodologia di progettazione dicircuiti integrati dedicati (ASIC)

A.A. 1999/2000

A.A. 2000/2001

l'Università degli Studi di Roma TRE gli ha affidato lo svolgimento di lezioni eattività relative al Laboratorio di Tecnologie Elettroniche, per gli studenti del IIIanno del Diploma Universitario in Ingegneria Elettronica durante gli anniaccademici 1999/2000 e 2000/2001.

A.A. 1998/1999 dichiarato dal Consiglio di Corso di Studio in Ingegneria Elettronica cultore dellematerie: "Dispositivi elettronici" e "Tecnologie e materiali per l'Elettronica", hacondotto le esercitazioni sia teoriche che di laboratorio per gli studentifrequentanti i corsi menzionati presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica,Univ. Roma Tre

Attività Scientifica

dal 2000 ad oggi Progettazione, realizzazione e collaudo dell'elettronica di front-end edelaborazione per il condizionamento e l’acquisizione dei deboli segnali deirivelatori in diamante (a pixel singolo o ad array). In particolare, Stefano Salvatoriha progettato, realizzato e collaudato schede di acquisizione dedicate perrivelatori a 64 pixel (matrici 8x8) a bassissimo rumore con risoluzione superiore a16 bit e data-rate fino a 3 kSPS. Tale attività deriva anche dalla collaborazionecon la sezione di Medicina Nucleare dell’Istituto Superiore di Sanità (Roma) oggiin atto per lo sviluppo di una elettronica di front-end per trattamento di segnaliprovenienti da camere a ionizzazione a microstrip su cui incide un fascio disezione millimetrica di protoni emessi da apparato TOP LINAC.

dal 1994 al 2000 studio di fattibilità di rivelatori e dosimetri per radiazione UV-X, nonchéfortemente ionizzate, basati su diamante. Oltre ad attività sperimentali dicaratterizzazione del materiale (spettroscopia Raman, fotoluminescenza efotoconducibilità spettrali) e delle proprietà elettriche sia dei contatti che dei film,il lavoro principale è indirizzato verso la progettazione e realizzazione di rivelatoriottimizzati

dal 1993 al 1994 attività di ricerca, presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Universitàdegli Studi Roma Tre, concentrata prima sui metodi di deposizione di film didiamante policristallino mediante tecniche CVD ("Hot Filament" e "PlasmaAssisted"), poi rivolta all’analisi delle proprietà ottiche e di trasporto elettrico deidepositi in diamante

dal 1992 al 1993 dopo la laurea, presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Universitàdegli Studi “La Sapienza” di Roma, ha continuato a svolgere attività sperimentaleper l’analisi delle proprietà elettriche e optoelettroniche di film di a-Si:H (silicioamorfo idrogenato) utili all'ottimizzazione delle celle solari a film sottile

Pubblicazioni

10/2011 S. Salvatori, “Introduzione alla progettazione con gli LPC2000”, ISBN 978-88-548-4342-4, ed. Aracne, 2011

l’ing. Salvatori, ad oggi, è coautore di oltre 80 articoli pubblicati su rivisteinternazionali, in oltre la metà delle quali è il principale autore

Roma, lì maggio 2015

Stefano Salvatori