Page 1. Elettronica per le telecomunicazioni Elettronica per l informatica ETLCT - A0 10/30/ DDC 1. Obiettivi di questa lezione

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1 Facoltà dell Inormazione biettivi di questa lezione Modulo Elettronica per le telecomunicazioni Elettronica per l inormatica 0 - Presentazione, organizzazione, materiale didattico» obiettivi, contenuti» organizzazione» ampliicatore a transistore» procedura di progetto Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo Elettronica per le 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 Tipi di ampliicatori 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC ELN Telecomunicazioni + Inormatica Prerequisiti Sistemi, moduli e circuiti elettronici per applicazioni di telecomunicazioni e di inormatica biettivo è sviluppare la capacità di: analizzare le richieste di una applicazione» come la applicazione può essere realizzata da un sistema deinire le speciiche di sistemi e moduli» unzionali e di interaccia» scelta su catalogo o speciiche di progetto progettare alcuni circuiti per questa categoria di applicazioni» struttura interna dei moduli (architetture e circuiti)» lusso di progetto dei moduli e 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: Sistemi Elettronici, Dispositivi e tecnologie elettroniche Teoria dei segnali, Fondamenti di Inormatica 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Contenuti Elementi caratterizzanti Argomenti raccolti in gruppi di lezioni [ri. al testo] 0: presentazione e sistema di rierimento (questa lezione) A: ampliicatori e circuiti nonlineari [Capitoli 1 e 2]» ampliicatori, mixer, oscillatori M: sistemi digitali 1:» logiche programmabili 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, applicazioni D: sistemi digitali 2» Interconnessioni e integrità di segnale [Capitolo 5] Approccio top- down: gni argomento viene arontato nella sequenza: descrizione e identiicazione unzionale, analisi circuitale criteri di progetto cause di errore. Per ogni argomento: Guida didattica (prerequisiti, materiale didattico).» Teoria» Esempi di applicazione» Esercizi di analisi e di progetto» Esercitazioni di laboratorio 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 1

2 Struttura del modulo rganizzazione- 1 Lezioni, esercitazioni ogni settimana: 3 +3 h lez/ese + 4 h laboratorio (media) Complessivamente 18 lezioni esercitazioni laboratori oreaula + 92 ore autonome = 158/30 = 5 crediti Materiale didattico D. Del Corso: ELETTRNICA PER TELECMUNICAZINI McGraw Hill, 2002 CD-RM» materiale complementare (simulatori, note applicative, ) Siti web» 3ing_eln_L1740_T_0/ETLCIVR/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,... 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC rganizzazione- 2 Modalità di esame Laboratorio labetiquette manuale e guida per le esercitazioni circuiti da montare relazioni e lavoro di gruppo Tesine approondimenti su argomenti correlati presentazione in aula e relazione scritta Quaderni da concorso appunti di lezione Voto inale F F = 0,8 S + 0,2 L + [orale], + [tesine], + [premi quaderno] Sessioni non inemodulo: breve scritto + orale + [t] + [q] S: Esame scritto esercizi numerici L: Relazioni di laboratorio valutazione unica per il gruppo, (a pari presenze) diversa ripartizione a richiesta rale necessario per 30 e 30L 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Materiale su CD- RM - 1 Materiale su CD- RM - 2 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) 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. 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 2

3 Materiale su CD- RM - 3 Indice graico- 1 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). 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. Alcuni moduli sono trattati in altri corsi. 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Indice graico- 2 Portando il cursore su un modulo compare una descrizione sintetica della unzione (con Internet Explorer) Indice graico- 3 Cliccando sui moduli compare una nuova inestra con spiegazione e guida didattica del capitolo corrispondente 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Figure attive e simulatori- 1 Figure attive e simulatori- 2 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. Esempio: risposta del II ordine Figura attiva (smart drawing) simulatore graico interattivo, che 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 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 3

4 Laboratorio Collaborazione e lavoro di gruppo 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 L eicacia didattica richiede manuali e guide per le esercitazioni e le relazioni (sul CD) attività di preparazione (homework):» progetti, simulazioni precedenti le misure deinire e seguire una labetiquette» regole di comportamento locali 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! 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC biettivi della presentazione Sistema di rierimento 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 del testo con questa applicazione 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» buon esempio di elettronica moderna altra applicazione di rierimento connessioni/reti su ilo»problemisimili» canale e parametri diversi 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Ricevitore elementare Principio del ricevitore eterodina ANT. a i = a - o A Filtro, Ampliicatore e Demodulatore a requenza variabile. La sintonia si esegue spostando la requenza di risonanza del iltro A. Filtro di (F variabile) i = a - o a Filtro e Ampliicatore (F issa i ) Il segnale di viene traslato a una requenza issa i = a - o. La sintonia si ottiene variando o 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 4

5 : - -: Supereterodina doppia conversione Introduciamo il digitale- 1 DEM. Amplii. di LNA 1 i1 = a - 2 a Ampli. IF Ampli. IF 2 La doppia traslazione sempliica i iltri sul canale IF Generalmente 2 è isso, la sintonia si ottiene variando 1 Filtro di (F variabile) Ampliicatore Fi (F issa) Demodulatore analogico Molte applicazioni utilizzano dati espressi in orma numerica. i2 2 i1 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Introduciamo il digitale- 2 Anticipiamo il digitale Filtro di (F variabile) Ampliicatore Fi (F issa) Demodulatore numerico Filtro e Ampliicatore di basso rumore, ampia dinamica: LNA Filtro FI e Demodulatore numerici Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessi E possibile cambiare acilmente modulazione Il convertitore deve operare a requenza relativamente alta. E possibile cambiare a SW le caratteristiche del Ia presenza del iltro FI numerico aumenta le richieste computazionali 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Demodulazione I/Q Canali I/Q Catena di demodulazione I/Q: V = V cos ωt C V = V senωt S perazioni eseguite generalmente in analogica (moltiplicatori e iltri) cos Vc V Vs 2 V = VC + V VS V = arctg V perazioni eseguite in digitale, dai circuiti logici dopo i convertitori C 2 S sen Ampliicatore di (LNA) Il segnale viene scomposto nelle componenti in ase e in quadratura. Il demodulatore calcola modulo e ase. π/2 Ramo segnale Q Ramo segnale I VQ VI V, V 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 5

6 SDR: Sotware Deined Radio SDR con canali I/Q critico per: - velocità -rumore - dinamica -linearità Le unzionalità numeriche sono realizzate da componenti programmabili (DSP, logiche programmabili,.) π/2 Componente analogico: LNA (+ iltro) DSP 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, ) 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Esempio di Struttura reale di RT Dettaglio parte ricezione I/Q Parte della catena di ricezione: - iltri, ampliicatori, PLL, mixer - convertitori - demodulatore numerico 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Struttura di trasmettitore I/Q Schema a blocchi di rierimento Parte della catena di trasmissione: - convertitori D/A, ampliicatori, iltri - PLL, mixer, ANTENNA Low Noise Ampliier 900MHz/1GHz Canale FI R Canale R - I/Q DEM. PLL DDS I/Q I/Q microp, DSP, memoria,.. CNTRLL scillatori e sintetizzatori D/A D/A MD. Power Ampliier 900MHz/1GHz RF: 0,9/2GHz BANDA BASE IF: 100 MHz MISTI Canale FI T DIGITALE TRASDUTTRI Canale T - I/Q D/A Interaccia utente Micro. Auric. Display, Tasti 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 6

7 Gruppo di lezioni A Ampliicatori con A..: dove? Inormazioni logistiche e organizzative Applicazione di rierimento caratteristiche e tipologie di moduli Circuiti con operazionali reazionati ampliicatoriac Filtri (in coda al modulo) Ampliicatori con transistori modello lineare eetti e uso delle nonlinearità scillatori Mixer Ampliicatori canale IF Interaccia segnali audio (microono e altoparlante). Ampliicatori e iltri di dei convertitori. 10/30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Ampliicatori con transistori: dove? Prossima lezione (A1) LNA (low noise ampliier) ampliicatori di R: - basso rumore - ampia dinamica Ampliicatori AC con A, errori, limiti di banda richiami su A ideali ampliicatori con A richiami su A reali errore di guadagno limiti di banda esempio ampliicatore AC PA (power ampliier) ampliicatori di potenza T: - alto rendimento - basso contenuto di armoniche Rierimenti nel testo Richiami su A..: Ampliicatori AC: /30/ ETLCT - A DDC 10/30/ ETLCT - A DDC Prerequisiti lezione A1 Ampliicatori operazionali ideali Ampliicatori operazionali reali Circuiti con reazione Diagrammi di Bode (celle RC) Risposta al transitorio (celle RC) Criteri di progetto per circuiti con A 10/30/ ETLCT - A DDC Page DDC 7