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Appunti degli studenti per corsi ed esami del Prof. Irace Andrea

Dal corso del Prof. A. Irace

Università Università degli studi di Napoli Federico II

Appunti esame
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Questo file contiene gli appunti universitari di Elettronica analogica sullo studio del rumore nei dispositivi a semiconduttore. Ci concentriamo soprattutto sul Random Telegraph Noise e sul rumore 1/f, noto anche come rumore flicker, nei transistori MOSFET. Il testo è diviso in tre parti principali: 1. Analisi del Random Telegraph Noise: spieghiamo come gli elettroni vengono intrappolati e rilasciati dai difetti del reticolo cristallino, generando salti discreti di corrente a onda quadra. Vedremo anche come superare il paradosso dell'elettrone indivisibile attraverso l'approccio probabilistico e la media statistica, per ottenere lo spettro di tipo Lorentziano. 2. Il Modello di McWhorter per il rumore 1/f: descriviamo il passaggio dal singolo difetto microscopico al rumore macroscopico nei MOSFET. Utilizziamo l'ipotesi del passaggio dei portatori nell'ossido di gate per effetto tunneling, per dimostrare come la sovrapposizione di tantissime trappole uniformemente distribuite nello spazio dia origine al caratteristico andamento spettrale inversamente proporzionale alla frequenza (1/f). 3. Implicazioni circuitali e Formula di Tsividis: applichiamo i modelli fisici alla progettazione dei circuiti integrati. Analizziamo il rumore di tensione equivalente riferito al gate del MOSFET, evidenziando le regole fondamentali per il progettista analogico. Il rumore è indipendente dalla corrente di polarizzazione e può essere ridotto aumentando l'area geometrica del transistor, sfruttando l'effetto di mediazione spaziale delle fluttuazioni.
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In questi appunti di Elettronica analogica vengono trattati tutti i tipi di feedback o circuiti con retroazione relativi all'elettronica analogica integrata. 1. Voltage-current 2.Voltage-voltage 3. Current-Current e 4. Current-Voltage feedback.
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Appunti di Progettazione dei circuiti integrati analogici che analizzano il compromesso tra guadagno e banda nei circuiti elettronici, ponendo il rumore (termico e dei MOSFET) come limite minimo per la corrente di polarizzazione. Spiega come calcolare la densità spettrale di potenza e come semplificare l'analisi circuitale riferendo il rumore all'ingresso.
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Appunti che trattano in modo approfondito e rigoroso il rumore elettronico naturale. Li esaminiamo sia dal punto di vista della fisica microscopica che da quello della progettazione circuitale per l'elettronica analogica. Il testo si divide in quattro parti principali: Il Rumore termico (Johnson-Nyquist): dimostriamo analiticamente come nasce dall'equilibrio termodinamico di una linea di trasmissione coassiale. Arriviamo addirittura a toccare il limite quantistico della radiazione del corpo nero di Planck alle altissime frequenze. Il rumore Shot (Schottky): Analizziamo il comportamento casuale del passaggio delle cariche attraverso una barriera di potenziale. Usando il Teorema di Campbell e l'identità di Parseval, ricaviamo la formula classica dello spettro d'impulso. Valutiamo anche l'impatto del tempo di transito dei portatori. Modelli nei semiconduttori (Diodi e MOSFET): Mostriamo come la fisica dei dispositivi sia coerente. Infatti, all'equilibrio, la formula del rumore shot del diodo diventa esattamente quella di Nyquist. Estendiamo l'analisi anche al transistore MOSFET che funziona in debole inversione (sotto-soglia). In queste condizioni, il trasporto per diffusione genera solo rumore shot puro. Il rumore Flicker: studiamo il comportamento a basse frequenze nei MOSFET. Confrontiamo i modelli fisici di fluttuazione del numero di portatori (McWhorter) e della mobilità (Hooge). Introduciamo anche il concetto di frequenza di corner.
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Dal corso del Prof. A. Irace

Università Università degli studi di Napoli Federico II

Esercitazione
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Esercizi per l'esame di Elettronica digitale del professor Irace. Nel testo è possibile trovare diversi quesiti, tra cui: - Evidenziare quali sono i vantaggi dell’indirizzamento bidimensionale rispetto a quello monodimensionale nelle prestazioni di una memoria ROM; - valutare analiticamente la potenza dissipata da un invertitore elementare CMOS
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Esercitazione per l'esame di Elettronica digitale del professor Irace. Nel testo sono presenti diversi quesiti a cui poter rispondere, tra cui: - disegnare il circuito di un invertitore realizzato in tecnologia ECL commentandone la caratteristica trasferimento nelle varie regioni di funzionamento.
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Dal corso del Prof. A. Irace

Università Università degli studi di Napoli Federico II

Esercitazione
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Esercizi di Elettronica Digitale per l'esame del professor Irace. Gli argomenti trattati sono: tracce d'esame da Dicembre 2005 fino a Giugno 2008, famiglie logiche NAND e NOR, potenza dissipata da un invertitore elementare CMOS, Disegnare il circuito e tracciare il grafo di Eulero di una porta logica complessa Full-CMOS, vantaggi dell’indirizzamento bidimensionale rispetto a quello monodimensionale nelle prestazioni di una memoria ROM, meccanismi fisici che consentono la programmazione e la cancellazione delle memorie non volatili, circuito di una cella SRAM a 4 transistori e commentare il suo funzionamento, funzionamento dei circuiti di lettura e scrittura di una cella SRAM, flip flop.
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