Docente/i: Carla Vacchi  

Denominazione del corso: Architetture VLSI per l'elaborazione digitale dei segnali
Codice del corso: 503272
Corso di laurea: Ingegneria Elettronica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/01
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Elettronica
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: http://www-3.unipv.it/vacchi/didattica/ArchiVLSI270.php

Obiettivi formativi specifici

Il corso affronta molti aspetti riguardanti le architetture digitali e la loro implementazione circuitali, per colmare il divario tra lo sviluppo di un algoritmo di elaborazione dei segnali e la progettazione del circuito. Il corso è orientato verso gli studenti interessati negli ambiti della progettazione dei circuiti digitali e delle loro applicazioni. Vengono trattati ed applicati alla progettazione dei filtri lineari (IIR e FIR) i circuiti per le operazioni di base come addizione, sottrazione e moltiplicazione. Sono discussi l'elaborazione parallela e il pipelining per migliorare il throughput e ridurre al minimo il consumo di energia e area.

Programma del corso

Architetture per operazioni e funzioni elementari
Implementazioni di un Full Adder. Sequential Adder, Ripple Carry Adder, Carry Select Adder, Carry Skip Adder, Conditional Sum Adder, Carry Lookahead Adder. Operazioni su più operandi: architettura Carry Save e Binary Adder Tree. Moltiplicatori: moltiplicatore sequentiale, moltiplicatori paralleli di Braun, Baugh-Wooley, Booth, Wallace, Dadda. Panoramica sull’implementazione di divisori, realizzazione di funzioni di radice quadrata e trigonometriche.

Tecniche per bassa dissipazione di potenza ed elevato throughput
Architetture parallele e pipeline, retiming.

Fondamenti di segnali e sistemi digitali
Segnali analogici e digitali, conversione analogico/digitale, rappresentazione dei sistemi digitali, analisi nel dominio del tempo e della frequenza. Sistemi LTI: risposta impulsiva e funzione di trasferimento.

Progetto e applicazioni dei filtri digitali
Filtri FIR e IIR. Forme diretta, trasposta, in cascata e parallela. Quantizzazione. Multirate Digital Signal Processing.

Esercizi e Laboratori
Esercizi sugli argomenti principali del corso sono risolti direttamente dal docente, oppure proposti come lavoro personale, con revisione da parte del docente per evidenziare errori e misunderstanding. I laboratori riguardano la simulazione matlab di sistemi digitali e filtri. Gli studenti sono organizzati in gruppi.

Prerequisiti

Sequenze numeriche, equazioni algebriche e differenziali, logica combinatoria e sequenziale, analisi spettrale.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 30
Esercitazioni (ore/anno in aula): 22
Attività pratiche (ore/anno in aula): 16

Materiale didattico consigliato

Sono disponibili sulla pagina web del corso dispense scritte dal docente, copia delle slide utilizzate a lezione, esempi di testi d’esame, istruzioni per il laboratorio. Due testi che comprendono la maggior parte degli argomenti trattati sono:

P. Pirsch. Architectures for digital signal processing. Wiley.

J. G. Proakis, D. G. Manolakis. Digital Signal Processing. J. G. Proakis, D. G. Manolakis. Digital Signal Processing. Prentice Hall.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste due prove scritte obbligatorie: la prima prevede esercizi relativi alla analisi e/o al progetto di sistemi digitali (peso pari al 60% della votazione finale). Durante la prova, di durata pari a 2,5 ore, è permessa la consultazione di appunti e libri. La seconda prova scritta (30 minuti, senza appunti e libri di testo, peso pari al 40% della votazione finale) prevede la risposta a 30 quesiti a risposta chiusa (domande di teoria e brevi esercizi).