Grado en:

Ingeniería de Computadores

Asignatura:

Fundamentos de electrónica digital

Asignatura en inglés:

Fundamentals of Digital Electronics

Curso y cuatrimestre:

1º (2º Cuatrimestre)

ECTS:

6

Tipología:

Básica

Idioma de impartición:

Español

Módulo:

Materias básicas

Materia:

Física

Departamentos:

Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Física de Materiales

Coordinador:

Álvaro del Prado Millán

• Análisis de circuitos.
• Introducción a la Física de Semiconductores.
• Unión PN.
• El transistor MOSFET.
• Circuitos lógicos (propiedades estáticas y dinámicas).
• Circuitos de memoria.

TEMA I: Circuitos electrónicos 1.1. Conceptos básicos. 1.2. Elementos de los circuitos: fuentes de alimentación; resistencias; condensadores. 1.3. Leyes de Kirchoff: ley de corrientes; ley de tensiones; procedimiento de análisis de circuitos.

TEMA II: Física de semiconductores y unión p-n 2.1. Introducción a la física de semiconductores: conductores, aislantes y semiconductores; semiconductores intrínsecos y extrínsecos; conductividad en semiconductores. 2.2. Unión p-n: unión p-n en equilibrio; polarización directa e inversa; capacidad de transición; ecuación característica de la unión p-n; modelo de gran señal.

TEMA III: Transistor MOSFET 3.1. Estructura del MOSFET. 3.2. Tensión umbral. 3.3. Parámetro de transconductancia. 3.4. Tensión de saturación. 3.5. Ecuaciones características. 3.6. Símbolos. 3.7. Efectos de segundo orden.

TEMA IV. Circuitos digitales. Características estáticas 4.1. Características generales de los inversores: característica ideal; estructura general; parámetros estáticos característicos (tensiones críticas, márgenes de ruido, potencia disipada, abanicos de entrada y de salida, área ocupada). 4.2. Inversores NMOS: inversor con carga resistiva; inversor pseudo-NMOS. 4.3. Inversor CMOS. 4.4. Circuitos combinacionales NMOS y CMOS: puertas NOR y NAND; puertas complejas. 4.5. Puertas de transmisión: transistores NMOS y PMOS como puertas de transmisión; puerta de transmisión CMOS.

TEMA V. Circuitos digitales. Características dinámicas 5.1. Efectos capacitivos en los circuitos MOS: aparición de retardos asociados a las capacidades; capacidades del MOSFET; efecto de las interconexiones. 5.2. Parámetros dinámicos de un inversor: potencia dinámica; tiempos de retardo. 5.3. Tiempos de retardo en circuitos CMOS y NMOS: capacidad de carga equivalente; cálculo de los retardos; consideraciones de diseño.

TEMA VI. Circuitos de memoria 6.1. Circuitos secuenciales: circuito biestable; latch SR. 6.2. Memorias volátiles: parámetros generales; memorias SRAM y DRAM (celda básica, estructura, operaciones de escritura y lectura, consideraciones de diseño). 6.3. Memorias no volátiles: memorias ROM y PROM (estructuras NOR y NAND); transistores de puerta flotante; memorias EPROM, EEPROM y flash.

TOPIC I: Electronic Circuits 1.1. Basic concepts. 1.2. Circuit elements: power supplies; resistors; capacitors. 1.3. Kirchhoff’s laws: current law; voltage law; circuit analysis procedure.

TOPIC II: Semiconductor Physics and the p-n Junction 2.1. Introduction to semiconductor physics: metals, insulators, and semiconductors; intrinsic and extrinsic semiconductors; conductivity in semiconductors. 2.2. p-n junction: p-n junction at equilibrium; forward and reverse bias; transition capacitance; characteristic equation of the p-n junction; large-signal model.

TOPIC III: MOSFET Transistor 3.1. MOSFET structure. 3.2. Threshold voltage. 3.3. Transconductance parameter. 3.4. Saturation voltage. 3.5. Characteristic equations. 3.6. Symbols. 3.7. Second-order effects.

TOPIC IV: Digital Circuits. Static Characteristics 4.1. General characteristics of inverters: ideal characteristic; general structure; characteristic static parameters (critical voltages, noise margins, power dissipation, fan-in and fan-out, occupied area). 4.2. NMOS inverters: resistive-load inverter; pseudo-NMOS inverter. 4.3. CMOS inverter. 4.4. NMOS and CMOS combinational circuits: NOR and NAND gates; complex gates. 4.5. Transmission gates: NMOS and PMOS transistors as transmission gates; CMOS transmission gate.

TOPIC V: Digital Circuits. Dynamic Characteristics 5.1. Capacitive effects in MOS circuits: delays associated with capacitances; MOSFET capacitances; effect of interconnections. 5.2. Dynamic parameters of an inverter: dynamic power; propagation delays. 5.3. Propagation delays in CMOS and NMOS circuits: equivalent load capacitance; delay calculation; design considerations.

TOPIC VI: Memory Circuits 6.1. Sequential circuits: bistable circuit; SR latch. 6.2. Volatile memories: general parameters; SRAM and DRAM memories (basic cell, structure, write and read operations, design considerations). 6.3. Non-volatile memories: ROM and PROM memories (NOR and NAND structures); floating-gate transistors; EPROM, EEPROM, and flash memories.

No tiene

• Al finalizar el aprendizaje, el o la estudiante será capaz de aplicar conocimientos de álgebra, cálculo, análisis, matemática discreta, lógica, estadística y circuitos electrónicos en la resolución de problemas generales planteados en ingeniería informática.

No tiene

Recomendada

• T. Ruiz, O. Arbelaitz, I. Etxeberria. Análisis Básico de Circuitos Eléctricos y Electrónicos. Pearson Prentice Hall (2004).
• A. S. Sedra y K. C. Smith. Microelectronic Circuits (Circuitos Microelectrónicos). Oxford University Press (2019).

Complementaria

• J. M. Rabaey, A. Chandrakasan y B. Nikolic. Digital Integrated Circuits: A Design Perspective. Prentice Hall (2003).
• S. M. Kang y Y. Leblebici. CMOS Digital Integrated Circuits: Analysis and Design. McGraw-Hill Education (2015).