Page 1. Elettronica per le telecomunicazioni Elettronica per l informatica 2002 DDC 1. Obiettivi di questa lezione. Facoltà dell Informazione

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1 Facoltà dell Informazione biettivi di questa lezione Modulo Elettronica per le telecomunicazioni Elettronica per l informatica 0 - Presentazione, organizzazione, materiale didattico» obiettivi, contenuti» organizzazione» amplificatore 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 riferimento strutture di R e RT collegamenti con il modulo Tipi di amplificatori ELN Telecomunicazioni + Informatica Prerequisiti Sistemi, moduli e circuiti elettronici per applicazioni di telecomunicazioni e di informatica biettivo è sviluppare la capacità di: analizzare le richieste di una applicazione» come la applicazione può essere realizzata da un sistema definire le specifiche di sistemi e moduli» funzionali e di interfaccia» scelta su catalogo o specifiche di progetto progettare alcuni circuiti per questa categoria di applicazioni» struttura interna dei moduli (architetture e circuiti)» flusso di progetto dei moduli e analisi degli errori verificare sperimentalmente il comportamento dei circuiti Nozioni di elettronica applicata, comunicazioni, calcolatori: amplificatori operazionali, transistori bipolari e MS circuiti digitali (porte, flip-flop, registri, contatori, ) analisi di segnali, spettri in frequenza, modulazioni. Per le esercitazioni di laboratorio: semplici montaggi, uso della strumentazione base trattamento di dati sperimentali. Corsi propedeutici: Sistemi Elettronici, Componenti e tecnologie elettroniche Teoria dei segnali, Fondamenti di Informatica Contenuti Elementi caratterizzanti Argomenti raccolti in gruppi di lezioni [rif. al testo] 0: presentazione e sistema di riferimento (questa lezione) A: amplificatori e circuiti nonlineari [Capitoli 1 e 2]» amplificatori, mixer, oscillatori B: circuiti ad aggancio di fase (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» logiche programmabili» integrità di segnale [Capitolo 5] Approccio top-down: gni argomento viene affrontato nella sequenza: descrizione e identificazione funzionale, 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 Page DDC 1

2 Struttura del modulo rganizzazione - 1 Lezioni, esercitazioni ogni settimana: 3 +3 h lez/ese + 4 h laboratorio (media) Complessivamente 16 lezioni esercitazioni laboratori oreaula + 88 ore autonome = 150/30 = 5 crediti Materiale didattico D. Del Corso: ELETTRNICA PER TELECMUNICAZINI McGraw Hill, 2002 CD-RM» materiale complementare (simulatori, note applicative, ) Siti web» informazioni pubbliche: avvisi, orari, lucidi, manuali e guide, esercizi ed esami, SW, simulatori, errata corrige e aggiornamenti al CD» portale didattica: informazioni personali risultati scritti, voti, rganizzazione - 2 Modalità di esame Laboratorio labetiquette manuale e guida per le esercitazioni circuiti da montare relazioni e lavoro di gruppo Tesine approfondimenti su argomenti correlati presentazione in aula e relazione scritta Quaderni da concorso appunti di lezione Voto finale F F = 0,8 S + 0,2 L + [orale], + [tesine], + [premi quaderno] S: Esame scritto esercizi numerici L: Relazioni di laboratorio valutazione unica per il gruppo, (a pari presenze) diversa ripartizione a richiesta rale circa 15 necessario per 30 e 30L Materiale su CD-RM - 1 Materiale su CD-RM - 2 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) 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 Page DDC 2

3 Materiale su CD-RM - 3 Indice grafico - 1 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). 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 Indice grafico - 2 Indice grafico - 3 Portando il cursore su un modulo compare una descrizione sintetica della funzione (con Internet Explorer) Cliccando sui moduli compare una nuova finestra con spiegazione e guida didattica del capitolo corrispondente 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 funzionamento. Generalmente non è possibile l'interazione in tempo reale. Esempio: risposta del II ordine 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 Page DDC 3

4 Laboratorio Collaborazione e lavoro di gruppo Costituisce parte essenziale di un corso progettuale biettivi: 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 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 efficace; ccorre imparare a organizzare il proprio lavoro Di solito questo principio non vale per gli esami! biettivi della presentazione Sistema di riferimento 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 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 altra applicazione di riferimento connessioni/reti su filo» problemi simili» canale e parametri diversi Ricevitore elementare Principio del ricevitore eterodina ANT. f a f i = f a - f o f A f Filtro, Amplificatore e Demodulatore a frequenza variabile. La sintonia si esegue spostando la frequenza di risonanza del filtro f A. Filtro di ingresso (F variabile) f i = f a - f o f f a f f Filtro e Amplificatore (F fissa f i ) Il segnale di ingresso viene traslato a una frequenza fissa f i = f a - f o. La sintonia si ottiene variando f o Page DDC 4

5 : - -: ETLCT - A0 Introduciamo il digitale - 1 Introduciamo il digitale - 2 Filtro di ingresso (F variabile) Amplificatore Fi (F fissa) Demodulatore analogico Filtro di ingresso (F variabile) Amplificatore Fi (F fissa) Demodulatore numerico Molte applicazioni utilizzano dati espressi in forma numerica. Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessi E possibile cambiare facilmente modulazione Il convertitore deve operare a frequenza relativamente alta Anticipiamo il digitale Demodulazione I/Q Filtro e Amplificatore di ingresso basso rumore, ampia dinamica: LNA Filtro FI e Demodulatore numerici E possibile cambiare a SW le caratteristiche del Ia presenza del filtro FI numerico aumenta le richieste computazionali Catena di demodulazione I/Q:! V = V cosωt! C V = V senωt S perazioni eseguite generalmente in analogica (moltiplicatori e filtri) 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 Canali I/Q SDR: Software Defined Radio Amplificatore di ingresso (LNA) π/2 Ramo segnale Q Ramo segnale I VQ VI V, V critico per: - velocità - rumore - dinamica - linearità Le funzionalità numeriche sono realizzate da componenti programmabili (DSP, logiche programmabili,.) Il segnale viene scomposto nelle componenti in fase e in quadratura. Il demodulatore calcola modulo e fase. Componente analogico: LNA (+ filtro) DSP Page DDC 5

6 SDR con canali I/Q Esempio di Struttura reale di RT π/2 Componenti analogici: - filtro - LNA Il filtro alleggerisce le specifiche su LNA (riduce i segnali fuori banda) DSP HW radio universale: Può cambiare frequenze, modulazioni, applicazioni (GSM, GPS, UMTS, ) Dettaglio parte ricezione I/Q Struttura di trasmettitore I/Q Parte della catena di ricezione: - filtri, amplificatori, PLL, mixer - convertitori - demodulatore numerico Parte della catena di trasmissione: - convertitori D/A, amplificatori, filtri - PLL, mixer, Schema a blocchi di riferimento Gruppo di lezioni A ANTENNA Low Noise Amplifier Canale FI R PLL PLL DDS DDS I/Q I/Q scillatori e sintetizzatori Power Amplifier Canale FI T RF: 0,9/2GHz BANDA BASE DIGITALE Canale R - I/Q microp, DSP, memoria,.. CNTRLL CNTRLL Canale T - I/Q Interfaccia utente MD. MD. DEM. DEM. Informazioni logistiche e organizzative Applicazione di riferimento caratteristiche e tipologie di moduli Circuiti con operazionali reazionati amplificatori AC filtri Amplificatori con transistori modello lineare effetti e uso delle nonlinearità scillatori Mixer IF: 100 MHz MISTI TRASDUTTRI Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti Page DDC 6

7 Amplificatori con A..: dove? Amplificatori con transistori: dove? ANTENNA Low Amplificatori Noise Amplifier e filtri Canale di FI R ingresso dei convertitori. Canale R - I/Q DEM. DEM. ANTENNA Low Noise Amplifier Canale FI R Canale R - I/Q LNA (low noise amplifier) amplificatori di ingresso R: - basso rumore DEM. DEM. Amplificatori PLL PLLcanale IF I/Q I/Q DDS DDS microp, DSP, memoria,.. CNTRLL CNTRLL - ampia dinamica microp, DSP, memoria, PLL PLL DDS DDS I/Q I/Q.. CNTRLL CNTRLL Power Amplifier scillatori e sintetizzatori Canale FI T RF: 0,9/2GHz BANDA Interfaccia BASE segnali DIGITALE audio (microfono e altoparlante). IF: 100 MHz MISTI TRASDUTTRI - 37 Canale T - I/Q Interfaccia utente MD. MD. Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti - 38 RF: 0,9/2GHz IF: 100 MHz Power Amplifier BANDA BASE MISTI scillatori e sintetizzatori MD. MD. PA (power amplifier) Canale FI amplificatori T Canale di potenza T - I/Q T: - alto rendimento Interfaccia DIGITALE utente - basso contenuto di armoniche TRASDUTTRI Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti Prossima lezione (A1) Prerequisiti lezione A1 Amplificatori AC con A, errori, limiti di banda richiami su A ideali amplificatori con A richiami su A reali errore di guadagno limiti di banda esempio amplificatore AC Riferimenti nel testo Richiami su A..: Amplificatori AC: Amplificatori operazionali ideali Amplificatori operazionali reali Circuiti con reazione Diagrammi di Bode (celle RC) Risposta al transitorio (celle RC) Criteri di progetto per circuiti con A Page DDC 7