Elettronica per telecomunicazioni

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1 Elettronica per telecomunicazioni obiettivi, contenuti organizzazione di» testo» CD» sito web applicazione di riferimento 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni 2002 DDC 1

2 Obiettivi della presentazione Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del testo Elettronica per telecomunicazioni Indicare gli elementi caratterizzanti del testo Fornire informazioni sull utilizzo del materiale su CD simulatori interattivi note applicative e data sheet Individuare una applicazione di riferimento Descrivere i collegamenti del testo con questa applicazione 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Questa presentazione descrive l organizzazione del testo Elettronica per Telecomunicazioni, le sue particolari caratteristiche, e propone indicazioni per il suo utilizzo in un corso di Elettronica applicata a livello universitario, con focalizzazione su sistemi e circuiti per telecomunicazioni e sui sistemi per il trattamento dell informazione. Al testo cartaceo è abbinato un CD-ROM; vengono presentate anche le sue caratteristiche, le modalità di impiego e i collegamenti con il testo cartaceo e vari siti web contenenti materiale didattico. Il testo utilizza come applicazione di riferimento un sistema ricetrasmittente mobile (telefono cellulare, o interfaccia per LAN wireless). In queste slide viene anche presentata brevemente l evoluzione dell architettura di un ricevitore radio, i cui moduli funzionali sono descritti nei vari capitoli. Il primo gruppo di slide presenta i contenuti e l organizzazione per il volume cartaceo e il CD; le successive presentano alcuni aspetti didattico-organizzativi, e l ultimo gruppo il sistema di riferimento DDC 2

3 Elettronica per Telecomunicazioni Il corso mira a sviluppare le capacità di progetto elettronico per applicazioni di telecomunicazioni a livello di sistema» definizione e analisi delle caratteristiche funzionali» comportamento esterno dei moduli, interfacciamento» criteri di scelta su catalogo a livello di circuiti» struttura interna dei moduli (architetture e circuiti)» progetto dei moduli» analisi degli errori 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Il testo deriva dal corso di Elettronica delle Telecomunicazioni tenuto presso il Politecnico di Torino dal 1976, centrato su vari argomenti di elettronica applicata specifici per il settore delle telecomunicazioni, con taglio applicativo-progettuale. In questo arco di tempo, data la rapida evoluzione del settore, sono stati più volte modificati i contenuti del corso, e argomenti originariamente considerati marginali o specialistici sono diventati conoscenze di base necessarie per tutti i progettisti elettronici. Il corso universitario e il testo abbinato hanno via via incorporato questi nuovi sviluppi, e questa edizione può essere considerata una Elettronica applicata per le tecnologie dell informazione, con orientamento prevalente ma non esclusivo verso le telecomunicazioni DDC 3

4 Prerequisiti Si presuppongono già acquisite le nozioni base di elettronica applicata e di comunicazioni; transistori bipolari e MOS: modelli e circuiti, amplificatori operazionali, sistemi con reazione in genere, circuiti digitali (porte, flip-flop, registri, contatori, ) analisi di segnali, spettri in frequenza, modulazioni. Per le esercitazioni di laboratorio: esecuzione di semplici montaggi (o disponibilità dei circuiti premontati) uso della strumentazione base (Oscilloscopio, generatori di segnale, multimetro) trattamento di dati sperimentali. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Questo testo presuppone familiarità con le nozioni di base di elettronica applicata: transistori bipolari e MOS, amplificatori operazionali e circuiti con reazione, semplici circuiti logici, tecnologie base di integrazione. Sono dati per acquisiti anche i concetti e metodi forniti nei corsi di teoria dei segnali: analisi spettrale, distribuzioni, modulazioni analogiche e numeriche. La guida didattica introduttiva di ciascun capitolo indica di volta in volta i prerequisiti più importanti per affrontare gli argomenti del capitolo stesso. Nelle esercitazioni di laboratorio si richiedono semplici montaggi e l esecuzione di misure tramite l utilizzazione degli strumenti base, quali generatori di segnale, multimetri, oscilloscopio. L Appendice fornisce indicazioni generali sull esecuzione delle esperienze e sulla stesura delle relazioni, ma è opportuno aver seguito un precedente corso di elettronica applicata o di misure, per l acquisizione dei primi elementi e l addestramento di base sull uso della strumentazione DDC 4

5 Contenuti e organizzazione Amplificatori con transistori (Cap 1)» amplificatori accordati e oscillatori Amplificatori con Operazionali e Circuiti nonlineari (Cap 2)» amplificatori reazionati, filtri, mixer Circuiti ad aggancio di fase e PLL (Cap 3)» comportamento, realizzazioni con circuiti analogici e numerici» esempi di applicazione Sistemi di conversione Analogico/Digitale/Analogico (Cap 4)» parametri, errori» realizzazioni a componenti discreti e integrati Interconnessioni (Cap 5)» integrità di segnale, protocolli 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Il volume comprende cinque capitoli, ciascuno dei quali dedicato a un argomento specifico, legati da un unico filo conduttore: l esplorazione di un sistema radiomobile di generazione intermedia. Questo sistema di riferimento offre una visuale più ampia rispetto ai moderni SDR (Software Defined Radio) e corrisponde alla maggior parte degli apparati in uso e in produzione. Il Capitolo 3 descrive principi, circuiti e applicazioni per gli anelli ad aggancio di fase (PLL). Il Capitolo 4 riguarda i sistemi di conversione A/D e D/A, con particolare attenzione alle tecniche usate per la codifica numerica della voce nei sistemi di telecomunicazione e ai convertitori ad alta velocità e dinamica richiesti nei sistemi software defined radio. Il Capitolo 5 tratta le tecniche di interconnessione, sia per gli aspetti di integrità dei segnali sia di protocolli, argomenti legati alle comunicazioni wireline e comunque fondamentali per il progetto di sistemi elettronici veloci e complessi DDC 5

6 Elementi caratterizzanti Approccio top-down: Ogni argomento viene affrontato nella sequenza: descrizione e identificazione funzionale, analisi circuitale criteri di progetto cause di errore. Per ogni capitolo: Guida didattica (prerequisiti, materiale didattico). Teoria Esempi di applicazione e di progetto Esercitazioni di laboratorio 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Tutti gli argomenti iniziano con la descrizione e identificazione funzionale (cosa fa un modulo, quali sono i parametri che ne definiscono il comportamento esterno); successivamente si passa all analisi circuitale (come è fatto il modulo, con la presentazione delle diverse possibilità), per concludere con una discussione delle cause di errore e dei loro legami con gli elementi circuitali. Questo metodo è stato scelto deliberatamente per riflettere una procedura di progetto, a livello di sistema e di modulo, di tipo topdown. Un sistema elettronico complesso non può essere progettato (o anche solo analizzato) come unico oggetto: è necessario appoggiarsi a una gerarchia di livelli. Il livello più alto è una descrizione comportamentale (cosa fa il sistema); questa viene poi suddivisa in una serie di funzioni di minore complessità (realizzate da moduli, per ciascuno dei quali devono essere indicate le modalità operative e di scambio delle informazioni con gli altri). Si ripete via via lo stesso procedimento fino a giungere a oggetti già disponibili o progettabili, realizzabili con i mezzi a disposizione. Separando la descrizione del cosa fa il sistema dal come lo fa possiamo meglio valutare e confrontare le varie scelte di progetto DDC 6

7 Ruoli di carta, CD, web Testo cartaceo: ELETTRONICA PER TELECOMUNICAZIONI McGraw Hill, 2002 teoria, esempi, esercizi, guide di laboratorio CD-ROM allegato al testo materiale complementare Sito web: sezione studenti: materiale aggiuntivo direttamente utilizzabile sezione docente: materiale editabile e modificabile 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni In questa edizione il materiale cartaceo è affiancato da un CD Rom, in cui è possibile reperire materiale aggiuntivo e puntatori a materiale di vario tipo su siti web esterni. Sul sito Ateneonline verranno via via inseriti aggiornamenti e altro materiale DDC 7

8 Materiale su CD-ROM - 1 Introduzione, Indice sequenziale, Indice analitico Indice grafico 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) 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Il materiale aggiuntivo su CD-ROM comprende simulatori e smart drawings : simulatori interattivi in tempo reale che permettono di osservare gli effetti di variazioni dei parametri in moduli e circuiti. Gli smart drawings sono utilizzabili dal docente per dimostrazioni visuali in aula e dagli studenti per condurre in modo autonomo esperimenti virtuali (che possono integrare ma non sostituire del tutto le reali attività di laboratorio). Altri riferimenti sono ai siti di fabbricanti di circuiti integrati, che mettono a disposizione data sheet, note applicative e tutorial per approfondimenti su argomenti specifici DDC 8

9 Materiale su CD-ROM - 2 Indice grafico: Schema a blocchi di un sistema radio con collegamenti ai contenuti di ciascun capitolo. Glossario Acronimi, sigle e termini specifici, 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. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Uso e navigazione nel CD: Inserendo il CD si apre automaticamente la videata iniziale nel browser preselezionato. Se questo non avviene lanciare index.htm Il CD-ROM può essere esplorato attraverso - collegamenti dalla pagina base (indice), - collegamenti dalle pagine indice tematiche (figure attive, note applicative, data sheet, laboratori, ), - collegamenti dalla mappa testuale. I documenti terminali sono generalmente.pdf; nel sistema deve essere presente Acrobat Reader. Da ogni pagina (tranne i documenti terminali) si può saltare direttamente: - al sito McGraw-Hill (logo in alto a destra) - alla pagina iniziale (secondo logo da destra,o freccia in campo rosso) - alla mappa testuale (freccia verde) 2002 DDC 9

10 Materiale su CD-ROM - 3 Laboratorio Guide, manuali e altro materiale per l'esecuzione delle esercitazioni sperimentali descritte nel testo. Note applicative Monografie su argomenti e componenti collegati al testo, utili per approfondimenti ed esercitazioni su temi specifici. Data sheet Data sheet dei componenti usati nei laboratori o descritti nel testo (da siti di fabbricanti di componenti e sottosistemi). Link esterni Collegamenti a siti di fabbricanti con note applicative e data sheet. (richiede connessione a Internet). 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Note applicative e data sheets provengono dai siti dei fabbricanti di componenti e moduli funzionali. Altri documenti analoghi sono reperibili nei siti esterni indicati DDC 10

11 Indice grafico - 1 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. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Il sistema di riferimento è un ricetrasmettitore, corrispondente (con qualche approssimazione) a un telefono cellulare o all interfaccia radio di una rete wireless. Permette un immediato riscontro applicativo per i moduli funzionali e i circuiti presentati nel testo. La corrispondenza tra questo testo e il sistema scelto come applicazione di riferimento non è totale: -Il testo copre le funzionalità individuabili in questo sistema, ma anche altri argomenti, principalmente legati alle comunicazioni wireline. - Alcune parti del sistema (ad esempio l antenna, o il controllo digitale) sono trattate in altri corsi e in altri testi DDC 11

12 Indice grafico - 2 Portando il cursore su un modulo compare una descrizione sintetica della funzione (con Internet Explorer) 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni L indice grafico è una mappa attiva. I colori identificano le varie categorie di moduli funzionali. Portando il cursore su un gruppo di moduli compare una descrizione sintetica della funzione (utilizzando Internet Explorer o altri browser che supportano layer) DDC 12

13 Indice grafico - 3 Cliccando sui moduli compare una nuova finestra con spiegazione e guida didattica del capitolo corrispondente 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni L indice grafico è una mappa attiva. Cliccando su un gruppo di moduli viene aperta una descrizioni più dettagliata, comprendente le guide didattiche dei capitoli in cui sono trattati argomenti attinenti DDC 13

14 Figure attive e simulatori - 1 Simulatore Permette di calcolare il comportamento di un circuito o sottosistema in diverse condizioni di funzionamento. Generalmente non è possibile l'interazione in tempo reale. Figura attiva (smart drawing) simulatore grafico interattivo, che permette di osservare in tempo reale l'effetto di variazioni dei parametri di un sottosistema. effetto analogo all'interazione con strumenti in un laboratorio: variando ampiezza e frequenza di un segnale di ingresso si osservano su un oscilloscopio gli effetti sull'uscita A ogni simulatore è abbinata una breve spiegazione, con indicazioni sulle combinazioni di parametri più significative 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Un normale simulatore permette di calcolare il comportamento di un circuito o sottosistema in diverse condizioni di funzionamento. Generalmente non è possibile l'interazione in tempo reale. Nel CD è presente un simulatore (FilterCAD della Linear Technology) che permette di progettare e simulare il comportamento di vari tipi di filtri. Altri simulatori possono essere scaricati dai collegamenti esterni indicati DDC 14

15 Figure attive e simulatori - 2 Esempio: risposta del II ordine 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni La figura attiva (smart drawing) è un simulatore grafico interattivo, che permette di osservare in tempo reale l'effetto di variazioni dei parametri di un sottosistema. Visivamente si presenta con effetto analogo all'interazione con strumenti in un laboratorio: ad esempio variando ampiezza e frequenza di un segnale di ingresso si osservano su un oscilloscopio gli effetti sull'uscita A ogni figura attiva è abbinata una breve spiegazione, con indicazioni sulle combinazioni di parametri più significative (bottone spiegazione in alto a destra). Nel CD sono presenti figure attive realizzate come applet java, e un simulatore interattivo per linee di trasmissione realizzato in MatLab. Questo simulatore è stato preparato al Politecnico di Torino, nel corso di Elettronica delle Telecomunicazioni, con il supporto del Programma per il miglioramento di qualità della didattica - Facoltà dell Informazione. Il simulatore è disponibile come eseguibile, quindi non richiede installazione o licenza dell ambiente Matlab DDC 15

16 Laboratorio Costituisce parte essenziale di un corso progettuale Obiettivi: verificare la corrispondenza tra modelli e casi reali verificare la correttezza dei progetti abituare al lavoro di gruppo coordinato L efficacia didattica richiede manuali e guide per le esercitazioni e le relazioni (sul CD) attività di preparazione (homework):» progetti, simulazioni precedenti le misure definire e seguire un labetiquette» regole di comportamento locali 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Le esercitazioni di laboratorio costituiscono parte integrante dei corsi a carattere progettuale come questo, e hanno come obiettivi principali: verificare la corrispondenza dei circuiti reali con quanto presentato nelle lezioni; preparare alla stesura di relazioni di attività sperimentali; abituare al lavoro di gruppo. La verifica va intesa in senso positivo e negativo: con le misure effettuate in laboratorio è possibile sia controllare che quanto si verifica in un circuito reale corrisponde a quanto presentato nella parte teorica delle lezioni, sia evidenziare i limiti dei modelli matematici e circuitali, e quelle situazioni in cui le analisi semplificate effettuate nelle lezioni non sono valide. Ogni esercitazione comprende una serie di misure sul circuito stesso, e la stesura della relazione, con analisi critica dei risultati DDC 16

17 Collaborazione e lavoro di gruppo L ingegnere lavora ramente 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. Occorre imparare a collaborare in modo efficace; Occorre imparare a organizzare il proprio lavoro Di solito questo principio non vale per gli esami! 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Per qualunque ingegnere è importante saper collaborare in modo efficace. Uno degli obbiettivi delle attività di laboratorio è abituare al lavoro coordinato: l'esecuzione dell'esperienza e la stesura della relazione sono compiti collettivi di un gruppo di allievi. L esercitazione è calibrata in modo tale che i punti proposti possono essere completati nel tempo assegnato solo suddividendo il lavoro tra i componenti del gruppo, e organizzandolo in modo opportuno. Nel caso sia richiesto un progetto, questo deve essere sviluppato prima dell esercitazione DDC 17

18 Obiettivi della presentazione Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del testo Elettronica per telecomunicazioni Indicare gli elementi caratterizzanti del testo Fornire informazioni sull utilizzo del materiale su CD simulatori interattivi note applicative e data sheet Individuare una applicazione di riferimento Descrivere i collegamenti del testo con questa applicazione 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni A questo punto inizia la descrizione di una applicazione di riferimento o, più in generale, delle architetture di sistemi di ricetrasmissione, in cui sono presenti buona parte degli argomenti trattati nel testo. La presentazione tratta: - Struttura di RX e TX (telefono cellulare GSM) - strutture di ricevitori radio (dal ricevitore a diodo alla SW radio) - identificazione dei moduli funzionali - loro corrispondenza con i capitoli del testo 2002 DDC 18

19 Sistema di riferimento Principale applicazione di riferimento: sistema radio ricevente e trasmittente telefono cellulare, interfaccia wireless LAN» sistema complesso (anche transistori),» contiene quasi tutti i moduli descritti nel testo» utilizza tecnologie diversificate» forte integrazione» buon esempio di elettronica moderna altre applicazioni di riferimento» connessioni/reti su filo» problemi simili» canale/parametri diversi 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Gli argomenti trattati nel testo sono legati da un unico filo conduttore: l esplorazione di un sistema radiomobile di generazione intermedia (telefono cellulare GSM: un telefono con l antenna, ormai quasi vecchio ). Si tratta di un sistema complesso, che comprende una ampia varietà di moduli funzionali, e offre una visuale più ampia rispetto alle architetture più moderne tipo SDR (Software Defined Radio). Inoltre corrisponde alla maggior parte degli apparati in uso e in produzione. Questo sistema non esaurisce il contenuto del testo, che descrive e analizza anche elementi presenti nei sistemi di comunicazioni wireline: tecniche e circuiti per trasferimento di segnali digitali ad elevata velocità, separazione dati-clock, sincronizzazione, controllo di flusso. Per iniziare una analisi della struttura verrà costruita passo passo la catena di ricezione DDC 19

20 Ricevitore elementare ANT. Va DEMOD. Vu f A f Filtro, Amplificatore e Demodulatore a frequenza variabile. La sintonia si esegue spostando la frequenza di risonanza del filtro f A. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Questo è lo schema a blocchi della forma più semplice di ricevitore: un filtro isola il segnale a radiofrequenza desiderato, un amplificatore lo porta al livello opportuno, il demodulatore recupera l informazione. Per selezionare i vari segnali occorre cambiare le caratteristiche del filtro. Amplificatore e demodulatore devono operare su tutto il campo di frequenza richiesto 2002 DDC 20

21 Principio del ricevitore eterodina f a canale FI f i = f a - f o Va Filtro di ingresso (F variabile) O f O X Filtro e Amplificatore (F fissa f i ) DEMOD. Vu f Il segnale di ingresso viene traslato a una frequenza fissa f i = f a - f o. f i = f a - f o f a f O La sintonia si ottiene variando f o 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni La maggior parte dei ricevitori attuali utilizza la tecnica eterodina. Il segnale di ingresso viene traslato in frequenza moltiplicandolo con il segnale generato da un oscillatore locale. L uscita (Frequenza Intermedia FI) ulteriormente filtrata e amplificata va al demodulatore. La sintonia viene eseguita cambiando la frequenza dell oscillatore locale. Il principale vantaggio di questa struttura è che la catena filtroamplificatore-demodulatore opera a frequenza fissa. Gli unici elementi a frequenza variabile sono il filtro di ingresso e l oscillatore DDC 21

22 Introduciamo il digitale - 1 canale FI Va O X DEMOD. A/D Vu Filtro di ingresso (F variabile) Amplificatore Fi (F fissa) Demodulatore analogico Molte applicazioni utilizzano dati espressi in forma numerica. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni I circuiti digitali presentano consistenti vantaggi rispetto a quelli analogici. Il primo passo per introdurre strutture digitali nel ricevitore radio consiste nell inserire un convertitore A/D in coda alla catena: il segnale demodulato viene convertito in forma numerica DDC 22

23 Introduciamo il digitale - 2 canale FI Va O X A/D DEMOD. Vu Filtro di ingresso (F variabile) Amplificatore Fi (F fissa) Demodulatore numerico Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessi E possibile cambiare facilmente modulazione Il convertitore A/D deve operare a frequenza relativamente alta. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Per incrementare le funzioni svolte in forma numerica, il convertitore A/D deve essere spostato verso la parte iniziale della catena. Il demodulatore diventa così numerico. Il convertitore A/D deve operare sul segnale a frequenza intermedia DDC 23

24 Anticipiamo il digitale Va O X A/D canale FI DEMOD. Vu Filtro e Amplificatore di ingresso basso rumore, ampia dinamica: LNA Filtro FI e Demodulatore numerici E possibile cambiare a SW le caratteristiche del canale FI Ia presenza del filtro FI numerico aumenta le richieste computazionali 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Un ulteriore passo consiste nel portare nella parte numerica anche le funzioni del filtro a Frequenza Intermedia. La frequenza operativa del convertitore A/D rimane invariata; aumenta la complessità computazionale richiesta alla parte numerica DDC 24

25 : - -: Elettronica per Telecomunicazioni 20/08/2002 Demodulazione I/Q Catena di demodulazione I/Q: cos V V C S r = V cos ωt r = V sen ωt Operazioni eseguite generalmente in analogica (moltiplicatori e filtri) r V = V 2 C + V r V V = arctg V 2 S S C sen Operazioni eseguite in digitale, dai circuiti logici dopo i convertitori A/D 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Le operazioni sul segnale possono essere condotte scomponendolo nelle componenti in fase e in quadratura (I/Q). L operazione richiede il prodotto con due segnali di riferimento I/Q (seno e coseno). Dalle due componenti I/Q (Vc e Vs) possono essere ricavate facilmente le informazioni di fase e ampiezza, quindi la tecnica è particolarmente adatta per modulazioni numeriche che operano su ampiezza e fase del segnale DDC 25

26 Canali I/Q Ramo segnale Q VQ Va Amplificatore di ingresso (LNA) O π/2 X X A/D Ramo segnale I A/D VI DEMOD. V V Il segnale viene scomposto nelle componenti in fase e in quadratura. Il demodulatore calcola modulo e fase. 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Schema a blocchi di un ricevitore con conversione A/D a Frequenza Intermedia, su due rami I/Q. Filtro a FI e demodulatore sono numerici. In questa struttura la maggior parte delle funzioni sono eseguite sul segnale numerico, ma sono ancora presenti alcuni moduli analogici: l oscillatore locale e i mixer DDC 26

27 SDR: Software Defined Radio A/D critico per: - velocità - rumore - dinamica - linearità Le funzionalità numeriche sono realizzate da componenti programmabili (DSP, logiche programmabili,.) Va A/D DEMOD. Componente analogico: LNA (+ filtro) O DSP 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Il passo successivo consiste nello spostare la conversione A/D ulteriormente verso l inzio della catena, in pratica unificando il battimento che produce il segnale FI con il campionamento necessario per la conversione In questo modo gli unici componenti analogici rimasti sono il filtro e l amplificatore di ingresso. Il convertitore A/D opera direttamente sul segnale RF, e deve avere ottime caratteristiche di velocità, dinamica, linearità. L oscillatore locale è direttamente comandato dalla parte numerica. Le funzioni digitali possono essere svolte da circuiti dedicati (generalmente realizzati con logiche programmabili), o con un processore (DSP: Digital Signal Processor) controllato da un opportuno programma. Tutti i parametri di funzionamento (frequenza del segnale ricevuto, caratteristiche del filtro FI, tipo di demodulazione) sono quindi controllabili attraverso il programma del DSP. Questa struttura è un esempio di SDR: Software Defined Radio DDC 27

28 SDR con canali I/Q Va A/D π/2 O DEMOD. Componenti analogici: - filtro - LNA Il filtro alleggerisce le specifiche su LNA (riduce i segnali fuori banda) A/D DSP HW radio universale: Può cambiare frequenze, modulazioni, applicazioni (GSM, GPS, UMTS, ) 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni La struttura precedente può essere realizzata con canali sdoppiati I/Q. Questo schema è una piattaforma HW per ricevitore universale (entro i limiti di banda del filtro e dell amplificatore di ingresso, e le capacità di elaborazione della parte numerica). A seconda del programma del DSP (sempre che questo disponga della potenza di elaborazione richiesta), il sistema può operare su segnali con frequenza e tipi di modulazione differenti DDC 28

29 Esempio di Struttura reale di RTX 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Questo è uno schema a blocchi che comprende anche la parte di trasmissione. Lo schema rappresenta un telefono cellulare bibanda, realizzato con componenti commerciali. La struttura è con canali I/Q, e conversione A/D o D/A dopo la frequenza intermedia. Da notare la presenza di segnali differenziali in diverse parti, e la struttura eterodina a doppia conversione sia in ricezione che in trasmissione DDC 29

30 Dettaglio parte ricezione I/Q Parte della catena di ricezione: - filtri, amplificatori, PLL, mixer - convertitori A/D - demodulatore numerico 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Dettaglio della catena di ricezione; si notano: - due ingressi a FI, provenienti da canali FI con bande diverse - generatore del secondo oscillatore locale realizzato con sistema PLL - sfasatore per generare i segnali locali per i mixer I/Q In questa sezione i segnali sono tutti differenziali DDC 30

31 Struttura di trasmettitore I/Q Parte della catena di trasmissione: - convertitori D/A, amplificatori, filtri - PLL, mixer, 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Dettaglio della catena di trasmissione; si notano (da destra verso sinistra): - due ingressi di segnale modulato I/Q - generatore dell oscillatore locale realizzato con sistema PLL, seguito dallo sfasatore I/Q - secondo mixer e parte del relativo PLL DDC 31

32 Schema a blocchi di riferimento ANTENNA Low Noise Amplifier 900MHz/1GHz Canale FI RX Canale RX - I/Q X X X X X X A/D A/D A/D A/D DEM. DEM. PLL PLL DDS DDS O O I/Q I/Q microp, DSP, memoria,.. CONTROLLO CONTROLLO RF: 0,9/2GHz Power Amplifier 900MHz/1GHz X X BANDA BASE Oscillatori e sintetizzatori Canale FI TX DIGITALE X X X X D/A D/A D/A D/A Canale TX - I/Q Interfaccia utente MOD. MOD. A/D A/D D/A D/A IF: 100 MHz MISTI A/D TRASDUTTORI Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni Lo schema a blocchi è quello utilizzato per l indice grafico; i moduli presentati nel testo sono: Parte RF (RX e TX) - LNA, PA, oscillatori, PLL, DDS, mixer, filtri IF e banda base - amplificatori FI, filtri demodulatori, convertitori A/D e D/A Moduli digitali - interconnessioni, integrità dei segnali, protocolli 2002 DDC 32

33 Prima lezione Fornire informazioni logistiche e organizzative Individuare una applicazione di riferimento Introdurre il primo argomento (Cap 1): Amplificatori a transistori dove sono presenti modello lineare/nonlineare come rimediare la nonlinearità» controreazione, circuiti accordati come utilizzare la nonlinearità» compressori, moltiplicatori, oscillatori parametri per l applicazione di riferimento 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni I primi due punti, di carattere informativo e organizzativo, sono stati presentati nei cartelli precedenti. Iniziano ora i contenuti tecnici veri e propri, con l analisi degli amplificatori a transistori (Capitolo 1) DDC 33

34 Capitolo 1 - Amplificatori ANTENNA Low Noise Amplifier 900MHz/1GHz X X Canale FI RX LNA (low X noise amplifier) A/D A/D amplificatori di ingresso RX: X A/D - basso rumore A/D - ampia dinamica PLL PLL O O I/Q I/Q DDS DDS Canale RX - I/Q microp, DSP, memoria,.. CONTROLLO CONTROLLO DEM. DEM. RF: 0,9/2GHz IF: 100 MHz Power Amplifier 900MHz/1GHz X X BANDA BASE MISTI A/D Oscillatori e sintetizzatori D/A D/A PA (power X amplifier) D/A D/A 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni X X Canale FI amplificatori TX Canale di potenza TX - I/Q TX: MOD. MOD. A/D A/D - alto rendimento Interfaccia DIGITALE utente - basso contenuto di armoniche TRASDUTTORI Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti D/A D/A Il capitolo 1 tratta gli amplificatori ad ampio segnale e accordati; circuiti di questo tipo sono presenti nel front-end a RF di ricezione e trasmissione DDC 34