Page 1. Elettronica delle telecomunicazioni ETLCE - A0 08/09/ DDC 1. Politecnico di Torino Facoltà dell Informazione

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1 Modulo Politecnico di Torino Facoltà dell Inormazione Elettronica delle telecomunicazioni Presentazione A0 - rganizzazione del modulo sistema di rierimento» obiettivi e contenuti» organizzazione» sistema radio» progetto di ampliicatori biettivi di questa lezione Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo Elettronica delle telecomunicazioni Utilizzo del materiale didattico Testo su carta CD RM sito web Descrivere l applicazione di rierimento strutture di R e RT collegamenti con il modulo Primo argomento: ampliicatori (Rev 08/09/ ) 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC biettivi di questo corso Prerequisiti Sviluppare le capacità di: Tradurre in speciiche le richieste di una applicazione,» come la applicazione può essere realizzata da un sistema Progettare a livello sistema» caratteristiche unzionali, comportamento esterno dei moduli» interaccia tra moduli Progettare a livello circuiti» struttura interna dei moduli» lusso di progetto dei moduli» analisi degli errori Veriicare sperimentalmente il comportamento dei circuiti Nozioni di elettronica applicata, comunicazioni, calcolatori: ampliicatori operazionali, transistori bipolari e MS circuiti digitali (porte, lip-lop, registri, contatori, ) analisi di segnali, spettri in requenza, modulazioni. Per le esercitazioni di laboratorio: semplici montaggi, uso della strumentazione base trattamento di dati sperimentali. Corsi propedeutici: Corsi di Elettronica della Laurea triennale Corsi di Comunicazioni Elettriche della Laurea triennale 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Contenuti Approccio top- down Argomenti raccolti in gruppi di lezioni [ri. al testo] 0: presentazione e sistema di rierimento (questa lezione) A: ampliicatori, oscillatori, circuiti nonlineari [Capitoli 1 e 2]» ampliicatori lineari e non, oscillatori» mixer, ampliicatori logaritmici B: circuiti ad aggancio di ase (PLL) [Cap 3]» comportamento esterno, circuiti analogici e numerici» esempi di applicazione C: sistemi di conversione /A [Capitolo 4]» parametri, circuiti» esempi di applicazione gni argomento viene arontato nella sequenza: descrizione e identiicazione unzionale, analisi delle possibili scelte circuitali criteri e procedure di progetto cause di errore. Per ogni argomento: Guida didattica (prerequisiti, materiale didattico). Elementi base di teoria (modelli matematici) Esempi di applicazione Esercizi di analisi e di progetto Esercitazione/i di laboratorio 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 1

2 Struttura del modulo Materiale didattico Lezioni, esercitazioni ogni settimana:» h di lezioni/esercitazioni, oppure» h di laboratorio Complessivamente (previsione) 15 lezioni esercitazioni laboratori totale oreaula + 82 ore autonome = 146/30 = 4,9 crediti Testo: D. Del Corso: ELETTRNICA PER TELECMUNICAZINI McGraw Hill, 2002» CD-RM con altri esercizi, simulatori, note applicative, ) Siti web» 3ing_eln_L1740_T_0/ETLCEnT/index.htm inormazioni pubbliche: avvisi, orari, lucidi, manuali e guide, esercizi ed esami, SW, simulatori, errata corrige e aggiornamenti al CD» portale didattica: inormazioni personali risultati scritti, voti,... anche su bacheche (LADISPE) 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Modalità di esame Laboratorio Documento modalità di esame sul sito Voto inale F F = 0,8 S + 0,2 L + [tesine], + [premi quaderno] S: Esame (esercizi + orale) L: Relazioni di laboratorio valutazione unica per il gruppo, (a pari presenze) rale Fine modulo: circa 15 Altri appelli: esercizio breve + orale circa 30 Costituisce parte essenziale di un corso progettuale biettivi: veriicare la corrispondenza tra modelli e casi reali veriicare la correttezza dei progetti abituare al lavoro di gruppo coordinato Nel testo e sito web: manuali e guide per le esercitazioni e le relazioni L eicacia didattica richiede attività di preparazione (homework):» progetti, simulazioni precedenti le misure deinire e seguire una labetiquette 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Collaborazione e lavoro di gruppo Materiale su CD- RM - 1 L ingegnere lavora raramente da solo; organizzazione e collaborazione sono parti importanti del lavoro reale. Le esercitazioni di laboratorio puntano anche ad abituare al lavoro coordinato; esecuzione dell'esperienza e stesura della relazione sono compiti collettivi del gruppo di allievi. Solo organizzando preventivamente il lavoro e suddividendolo tra i componenti del gruppo l esercitazione può essere completasta nel tempo previsto. ccorre imparare a collaborare in modo eicace; ccorre imparare a organizzare il proprio lavoro Di solito questo principio non vale per gli esami! Introduzione, Indice sequenziale, Indice analitico Indice graico Glossario Figure attive e Simulatori Esercizi risolti Guide di Laboratorio Note applicative Data sheet Link esterni (le parti in nero sono presenti anche nel testo su carta) 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 2

3 Materiale su CD- RM - 2 Materiale su CD- RM - 3 Indice graico: Schema a blocchi di un sistema radio con collegamenti ai contenuti di ciascun capitolo. Glossario Acronimi, sigle e termini speciici, con breve spiegazione e rimando alla spiegazione dettagliata nel testo. Figure attive e Simulatori Simulatori interattivi legati agli argomenti del testo e programmi di simulazione di pubblico dominio. Esercizi risolti Esempi di esercizi di analisi e progetto (oltre quelli presenti nel testo) completamente risolti. Laboratorio Guide, manuali e altro materiale per l'esecuzione delle esercitazioni sperimentali descritte nel testo. Note applicative Monograie su argomenti e componenti collegati al testo, utili per approondimenti ed esercitazioni su temi speciici. Data sheet Data sheet dei componenti usati nei laboratori o descritti nel testo (da siti di abbricanti di componenti e sottosistemi). Link esterni Collegamenti a siti di abbricanti con note applicative e data sheet. (richiede connessione a Internet). 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Indice graico- 1 Indice graico- 2 Schema a blocchi di un sistema radio di ricezione-trasmissione. Immediato riscontro applicativo per la maggior parte degli argomenti trattati. Il testo copre anche altri argomenti. Portando il cursore su un modulo compare una descrizione sintetica della unzione (con Internet Explorer) Alcuni moduli sono trattati in altri corsi. 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Indice graico- 3 Figure attive e simulatori- 1 Cliccando sui moduli compare una nuova inestra con spiegazione e guida didattica del capitolo corrispondente Simulatore Permette di calcolare il comportamento di un circuito o sottosistema in diverse condizioni di unzionamento. Generalmente non è possibile l'interazione in tempo reale. Figura attiva (smart drawing) simulatore graico interattivo;permette di osservare in tempo reale l'eetto di variazioni dei parametri di un sottosistema. eetto analogo all'interazione con strumenti in un laboratorio: variando ampiezza e requenza di un segnale di si osservano su un oscilloscopio gli eetti sull'uscita A ogni simulatore è abbinata una breve spiegazione, con indicazioni sulle combinazioni di parametri più signiicative 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 3

4 Figure attive e simulatori- 2 biettivi della presentazione Esempio: risposta del II ordine Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del testo Elettronica per telecomunicazioni Indicare gli elementi caratterizzanti del testo Fornire inormazioni sull utilizzo del materiale su CD simulatori interattivi note applicative e data sheet Individuare una applicazione di rierimento Descrivere i collegamenti di questo corso con tale applicazione 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Sistema di rierimento Ricevitore elementare Principale applicazione di rierimento: sistema radio ricevente e trasmittente teleono cellulare, interaccia wireless LAN» sistema complesso (anche transistori),» contiene quasi tutti i moduli descritti nel testo» utilizza tecnologie diversiicate» orte integrazione altra applicazione di rierimento: sistema wireline (LAN, )» problemi simili» canale e parametri diversi ANT. (F variabile) A Filtro, Ampliicatore e Demodulatore a requenza variabile. La sintonia si esegue spostando la requenza di risonanza del iltro A. 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Principio del ricevitore eterodina Frequenza immagine a i = a - o a1 + a2 i = o a1 = a2 - o (larga banda) Filtro e Ampliicatore (Frequenza issa i ) (larga banda) Filtro e Ampliicatore (Frequenza issa i ) Il segnale di viene traslato a una requenza issa i = a - o. i i VengonotraslatesulcanaleFI tutte le requenze che distano i dalla o i = a - o a La sintonia si ottiene variando o i = a - o a1 a2 a1 e a2 vengono ribaltate su i 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 4

5 : - -: : - -: Distanziare la requenza immagine Abbassare la requenza intermedia i1 = o1 a1 a1 1 a1b i i i Per eliminare a1b occorre un passabanda prima del mixer. B B i1 = a o1 i Q = /B Se i è alta, a pari banda il iltro IF deve avere un Q elevato i1 = o1 a1 a1 1 a1b i2 = o2 i1 i1 2 i1b Con unaipiùalta a1b può essere eliminata con un iltro meno ripido Un secondo battimento porta i1 a i2 Con una i2 bassa a pari banda passante il iltro IF è più semplice 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Eterodina a doppia conversione Mixer complesso Dalle relazioni di Werner: DEM. I = sen a x sen b = ½ (cos(a-b) - cos(a+b)) Amplii. di LNA 1 i1 = a - 2 a Ampli. IF Ampli. IF 2 La doppia traslazione elimina la requenza immagine e sempliica i iltri sul canale IF Generalmente 2 è isso, la sintonia si ottiene variando 1 Q = cos a x cos b I + Q = cos(a-b) = ½ (cos(a-b) + cos(a+b)) Il battimento complesso (componenti in ase e quadratura) permette di generare un solo termine Elimina il problema della requenza immagine i2 2 i1 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Demodulazione I/Q Canali I/Q Catena di FI/demodulazione I/Q: Ramo segnale Q V = V cos ωt C V = V senωt S perazioni eseguite con moltiplicatori e iltri cos Vc V Vs 2 V = VC + V VS V = arctg V C 2 S perazioni eseguite nel demodulatore sen 1 Ampli. IF 1 Il segnale viene scomposto, generalmente a livello IF 2 o di demodulatore nelle componenti in ase e in quadratura. Il demodulatore calcola modulo e ase. π/2 V Q DEM. Ramo segnale I Ampli. IF 2 V I V V 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 5

6 Introduciamo il digitale- 1 Introduciamo il digitale- 2 (F variabile) Ampliicatore Fi (F issa) Demodulatore analogico (F variabile) Ampliicatore Fi (F issa) Demodulatore numerico Molte applicazioni utilizzano dati espressi in orma numerica. Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessi E possibile cambiare acilmente modulazione Il convertitore deve operare a requenza relativamente alta. 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Anticipiamo il digitale Da mixer a campionamento Filtro e Ampliicatore di basso rumore, ampia dinamica: LNA Filtro FI e Demodulatore numerici Il mixer trasla in requenza il segnale di Il campionamento è il prodotto del segnale con una serie di δ. La serie di δ è la somma di varie armoniche. Il prodotto della ondamentale con la equivale all operazione eseguita dal mixer. Il iltro FI numerico aumenta le richieste computazionali, ma permette di cambiare a SW le caratteristiche del. E possibile dividere il segnale FI in due rami: ase/quadratura 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC SDR: Sotware Deined Radio Canali I/Q digitali critico per: - velocità -rumore - dinamica -linearità Le unzionalità numeriche sono realizzate da componenti programmabili (DSP, logiche programmabili,.) Ampliicatore di (LNA) π/2 Ramo segnale Q Ramo segnale I V Q V I V, V Componente analogico: LNA (+ iltro) DSP Il segnale viene scomposto nelle componenti in ase e in quadratura. Il demodulatore (numerico) calcola modulo e ase. 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 6

7 SDR con canali I/Q Esempio di Struttura reale di RT π/2 Componenti analogici: - iltro -LNA Il iltro alleggerisce le speciiche su LNA (riduce i segnali uori banda) DSP HW radio universale: Può cambiare requenze, modulazioni, applicazioni (GSM, GPS, UMTS, ) 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Dettaglio parte ricezione I/Q Struttura di trasmettitore I/Q Parte della catena di ricezione: - iltri, ampliicatori, PLL, mixer - convertitori - demodulatore numerico Parte della catena di trasmissione: - convertitori D/A, ampliicatori, iltri - PLL, mixer, 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Schema a blocchi di rierimento Contenuti ANTENNA Low Noise Ampliier Canale FI R 900MHz/1GHz PLL PLL DDS DDS I/Q I/Q scillatori e sintetizzatori Power Ampliier 900MHz/1GHz RF: 0,9/2GHz BANDA BASE IF: 100 MHz MISTI Canale FI T DIGITALE TRASDUTTRI Canale R - I/Q D/A D/A D/A D/A microp, DSP, memoria,.. CNTRLL CNTRLL Canale T - I/Q Interaccia utente MD. MD. DEM. DEM. D/A D/A Micro. Micro. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti All inizio di ogni lezione viene identiicata la parte corrispondente nel sistema di rierimento 0: presentazione e sistema di rierimento (questa lezione) A: ampliicatori, oscillatori, circuiti nonlineari» ampliicatori lineari e non, oscillatori» mixer, ampliicatori logaritmici B: circuiti ad aggancio di ase (PLL) C: sistemi di conversione /A Indicazione analoga all inizio di ogni capitolo del testo 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 7

8 Gruppo di lezioni A Ampliicatori con A..: dove? Inormazioni logistiche e organizzative Applicazione di rierimento caratteristiche e tipologie di moduli Ampliicatori AC con A.. reazionati corsi precedenti (Sistemi ELN, Elettronica Analogica) Ampliicatori con transistori rete di polarizzazione analisi con modello lineare e nonlineare BJT e MS applicazioni della nonlinearità scillatori, Mixer Ampliicatori canale IF Interaccia segnali audio (microono e altoparlante). Ampliicatori e iltri di dei convertitori. 08/09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Ampliicatori con transistori: dove? Prossima lezione (A1) LNA (low noise ampliier) ampliicatori di R: - basso rumore - ampia dinamica PA (power ampliier) ampliicatori di potenza T: - alto rendimento - basso contenuto di armoniche Ampliicatori con transistori circuito di rierimento e procedure di progetto analisi in linearità comportamento uori linearità» distorsione e spettro di uscita, variazione di guadagno Laboratorio 1: misure a piccolo segnale (linearità) Laboratorio 2: misure ad ampio segnale (uori linearità) Rierimenti nel testo Circuiti con transistori 1.1, /09/ ETLCE - A DDC 08/09/ ETLCE - A DDC Prerequisiti lezioni gruppo A Transistori bipolari e MS circuiti di polarizzazione modelli per piccolo segnale modelli per ampio segnale Modelli di giunzione pn equazione logaritmica Circuiti risonanti parametri risposta in requenza 08/09/ ETLCE - A DDC Page DDC 8