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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

12 Indice grafico - 2 Portando il cursore su un modulo compare una descrizione sintetica della funzione (con Internet Explorer) 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni

13 Indice grafico - 3 Cliccando sui moduli compare una nuova finestra con spiegazione e guida didattica del capitolo corrispondente 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni

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

15 Figure attive e simulatori - 2 Esempio: risposta del II ordine 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni

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

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

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

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

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

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

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

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

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

25 Demodulazione I/Q Catena di demodulazione I/Q: cos V V C S r = V cosωt r = V senωt Operazioni eseguite generalmente in analogica (moltiplicatori e filtri) : - r V -: = r V = V 2 C + V V arctg V S C 2 S sen Operazioni eseguite in digitale, dai circuiti logici dopo i convertitori A/D 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni

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

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

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

29 Esempio di Struttura reale di RTX 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni

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

31 Struttura di trasmettitore I/Q Parte della catena di trasmissione: - convertitori D/A, amplificatori, filtri - PLL, mixer, 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni

32 Schema a blocchi di riferimento ANTENNA Low Noise Amplifier 900MHz/1GHz Canale FI RX Canale RX - I/Q XX XX XX 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 XX Oscillatori e sintetizzatori XX XX D/A D/A D/A D/A MOD. MOD. Power Amplifier 900MHz/1GHz Canale FI TX Canale TX - I/Q RF: 0,9/2GHz BANDA BASE DIGITALE Interfaccia utente 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

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

34 Capitolo 1 - Amplificatori ANTENNA Low Noise Amplifier 900MHz/1GHz PLL PLL DDS DDS XX Canale FI RX LNA (low noise amplifier) XX amplificatori di ingresso RX: - basso XX rumore - ampia dinamica O O I/Q I/Q Canale RX - I/Q A/D A/D A/D A/D microp, DSP, memoria,.. CONTROLLO CONTROLLO DEM. DEM. RF: 0,9/2GHz IF: 100 MHz Power Amplifier 900MHz/1GHz XX BANDA BASE MISTI A/D Oscillatori e sintetizzatori D/A D/A PA (power XX amplifier) D/A D/A DIGITALE TRASDUTTORI 20/08/ Elettronica per Telecomunicazioni XX Canale FI amplificatori TX Canale di potenza TX - I/Q TX: - alto rendimento Interfaccia utente MOD. MOD. A/D A/D - basso contenuto di armoniche D/A D/A Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti