ETLCE - A0 19/02/ /02/ ETLCE - A DDC. Modulo 1. Modulo 2 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC.

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1 Modulo Politecnico di Torino Facoltà dell Informazione Elettronica delle telecomunicazioni Presentazione A0 - rganizzazione del modulo sistema di rifereimento» obiettivi e contenuti» organizzazione» sistema radio» progetto di amplificatori biettivi di questa lezione Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo Elettronica delle telecomunicazioni transitorio V -N 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 Primo argomento: amplificatori 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC ELN delle TLC Transitorio da V.. a N.. Istituito nel 1976 prima sede in Italia da 14 a 170 allievi Fino al 2000 unico corso 11 crediti Spezzato in due moduli Da 2003: Nuovo rdinamento: ELN TLC (1): corso a scelta del III anno Laurea ELN TLC 2: corso del II anno Laurea Specialistica non corrispondono ai corsi V.. contenuto complessivo corrisponde al 60% Vecchio rd N.. AA 03/04 N.. a regime Modulo 1 Amplif a trans Amplif a trans Amplif a trans Nonlinearità Nonlinearità Nonlinearità Filtri PLL PLL Conv e D/A Conv e D/A Conv e D/A esame V esame N esame N Modulo 2 PLL filtri SDR logiche program logiche program logiche program integr segnali integr segnali case study protocolli esame V esame V (+mod 1) esame N 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC biettivi di questo corso Prerequisiti Sviluppare le capacità di: Tradurre in specifiche le richieste di una applicazione,» come la applicazione può essere realizzata da un sistema Progettare a livello sistema» caratteristiche funzionali, comportamento esterno dei moduli» interfaccia tra moduli Progettare a livello circuiti» struttura interna dei moduli» flusso di progetto dei moduli» 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: Elettronica Analogica Comunicazioni Elettriche 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 1

2 Contenuti Elementi caratterizzanti Argomenti raccolti in gruppi di lezioni [rif. al testo] 0: presentazione e sistema di riferimento (questa lezione) A: amplificatori, oscillatori, circuiti nonlineari [Capitoli 1 e 2]» amplificatori lineari e non, oscillatori» mixer, amplificatori logaritmici 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» esempi di applicazione Approccio top-down: gni argomento viene affrontato nella sequenza: descrizione e identificazione funzionale, analisi delle possibili scelte circuitali criteri 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 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Struttura del modulo Materiale didattico Lezioni, esercitazioni ogni settimana:» h di lezioni/esercitazioni, oppure» h di laboratorio Complessivamente 16 lezioni esercitazioni laboratori oreaula + 86 ore autonome = 150/30 = 5 crediti Testo: 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 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,... 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC rganizzazione 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 esercizinumerici L: Relazioni di laboratorio valutazione unica per il gruppo, (a pari presenze) diversa ripartizione a richiesta rale circa 15 necessario per 30 e 30L 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 2

3 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 Nel testo e sito web: manuali e guide per le esercitazioni e le relazioni L efficacia didattica richiede attività di preparazione (homework):» progetti, simulazioni precedenti le misure definire e seguire una labetiquette 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! 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC 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. 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC 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. 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 3

4 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 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - 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 funzionamento. Generalmente non è possibile l'interazione in tempo reale. Esempio: risposta del II ordine Figura attiva (smart drawing) simulatore grafico interattivo;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 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC 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 di questo corso con tale 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 altra applicazione di riferimento: sistema wireline (LAN, )»problemisimili» canale e parametri diversi 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 4

5 Ricevitore elementare Principio del ricevitore eterodina ANT. f a canale FI 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 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Supereterodina doppia conversione Introduciamo il digitale - 1 DEM. canale FI Amplifi. di ingresso LNA 1 f i1 =f a -f 2 f a Amplif. IF 1 f 1 f f 2 Amplif. IF 2 La doppia traslazione semplifica i filtri sul canale IF Generalmente 2 è fisso, la sintonia si ottiene variando 1 Filtro di ingresso (F variabile) Amplificatore Fi (F fissa) Demodulatore analogico Molte applicazioni utilizzano dati espressi in forma numerica. f i2 f 2 f i1 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Introduciamo il digitale - 2 Anticipiamo il digitale canale FI canale FI Filtro di ingresso (F variabile) Amplificatore Fi (F fissa) Demodulatore numerico Filtro e Amplificatore di ingresso basso rumore, ampia dinamica: LNA Filtro FI e Demodulatore numerici Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessi E possibile cambiare facilmente modulazione Il convertitore deve operare a frequenza relativamente alta. Il filtro FI numerico aumenta le richieste computazionali, ma permette di cambiare a SW le caratteristiche del canale FI. E possibile dividere il segnale FI in due rami: fase/quadratura 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 5

6 : - -: 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 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 Amplificatore di ingresso (LNA) Il segnale viene scomposto nelle componenti in fase e in quadratura. Il demodulatore calcola modulo e fase. π/2 Ramo segnale Q Ramo segnale I VQ VI V, V 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC SDR: Software Defined Radio SDR con canali I/Q critico per: - velocità -rumore - dinamica -linearità Le funzionalità numeriche sono realizzate da componenti programmabili (DSP, logiche programmabili,.) π/2 Componente analogico: LNA (+ filtro) DSP 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, ) 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Esempio di Struttura reale di RT Dettaglio parte ricezione I/Q Parte della catena di ricezione: - filtri, amplificatori, PLL, mixer - convertitori - demodulatore numerico 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 6

7 Struttura di trasmettitore I/Q Schema a blocchi di riferimento Parte della catena di trasmissione: - convertitori D/A, amplificatori, filtri - PLL, mixer, ANTENNA Low Noise Amplifier 900MHz/1GHz Canale FI R Canale R - I/Q DEM. DEM. PLL PLL I/Q I/Q DDS DDS microp, DSP, memoria,.. CNTRLL CNTRLL scillatori e sintetizzatori Power Amplifier Canale FI T 900MHz/1GHz RF: 0,9/2GHz BANDA BASE DIGITALE IF: 100 MHz MISTI TRASDUTTRI D/A D/A D/A D/A Canale T - I/Q Interfaccia utente MD. MD. D/A D/A Microf. Microf. Auric. Auric. Display, Display, Tasti Tasti 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Gruppo di lezioni A Amplificatori con A..: dove? Informazioni logistiche e organizzative Applicazione di riferimento caratteristiche e tipologie di moduli Amplificatori AC con A.. reazionati corsi precedenti (Sistemi ELN, Elettronica Analogica) Amplificatori con transistori rete di polarizzazione analisi con modello lineare e nonlineare BJT e MS applicazioni della nonlinearità scillatori, Mixer Amplificatori canale IF Interfaccia segnali audio (microfono e altoparlante). Amplificatori e filtri di ingresso dei convertitori. 19/02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Amplificatori con transistori: dove? Prossima lezione (A1) LNA (low noise amplifier) amplificatori di ingresso R: - basso rumore - ampia dinamica PA (power amplifier) amplificatori di potenza T: - alto rendimento - basso contenuto di armoniche Amplificatori con transistori circuito di riferimento analisi in linearità comportamento fuori linearità» distorsione e spettro di uscita» variazione di guadagno Laboratorio 1 specifiche e guida per il progetto Riferimenti nel testo Circuiti con transistori 1.1, /02/ ETLCE - A DDC 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 7

8 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 infrequenza 19/02/ ETLCE - A DDC Page DDC 8