etlce3a0s - polito

ETLCE - A0 05-Mar-03

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05-Mar-03 - 1 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Politecnico di TorinoFacoltà dell’Informazione

Modulo

Elettronica delle telecomunicazioni

Presentazione

A0 - Organizzazione del modulo sistema di rifereimento

» obiettivi e contenuti» organizzazione» sistema radio» progetto di amplificatori

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Obiettivi di questa lezione

• Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristichedel modulo “Elettronica delle telecomunicazioni”

• Utilizzo del materiale didattico– Testo su carta– CD ROM– sito web

• Descrivere l’applicazione di riferimento– strutture di RX e RTX– collegamenti con il modulo

• Primo argomento: amplificatori

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Obiettivi di questo corso

• 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

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Prerequisiti

• Nozioni di elettronica applicata, comunicazioni,calcolatori:

– amplificatori operazionali, transistori bipolari e MOS– 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

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Contenuti

• 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/D/A [Capitolo 4]» parametri, circuiti» esempi di applicazione

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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 argomento:– Guida didattica (prerequisiti, materiale didattico).

» Teoria» Esempi di applicazione» Esercizi di analisi e di progetto» Esercitazioni di laboratorio


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Struttura del modulo

• Lezioni, esercitazioni– ogni settimana: 2+2+2+2 h di lezioni/esercitazioni, oppure

2+2+2+ 4 h di laboratorio

• Complessivamente– 16 lezioni 32 + 64– 6 esercitazioni 12 + 12– 4 laboratori 20 + 10

– 64 oreaula + 86 ore autonome = 150/30 = 5 crediti

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Materiale didattico

• Testo:– D. Del Corso: ELETTRONICA PER TELECOMUNICAZIONI

McGraw Hill, 2002» CD-ROM» materiale complementare (simulatori, note applicative, …)

• Siti web» http://webservices.polito.it/matdid/

3ing_eln_L1740_TO_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, ...

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Organizzazione

• 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

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Modalità di esame

• 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

• Orale– circa 15’– necessario per 30 e 30L

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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 una labetiquette

» regole di comportamento locali

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Collaborazione e lavoro di gruppo

• L’ingegnere lavora raramente da solo;organizzazione e collaborazione sono partiimportanti del lavoro reale.

– Le esercitazioni di laboratorio puntano anche ad abituare allavoro coordinato; esecuzione dell'esperienza e stesura dellarelazione sono compiti collettivi del gruppo di allievi.

– Solo organizzando preventivamente il lavoro esuddividendolo tra i componenti del gruppo l’esercitazionepuò 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 !


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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)

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• 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.

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• 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).

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Indice grafico - 1

• Schema a blocchi di un sistema radio di ricezione-trasmissione.• Immediato riscontro applicativo per la maggior parte degli

argomentitrattati.

• Il testo copreanche altriargomenti.

• Alcuni modulisono trattatiin altri corsi.

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Indice grafico - 2

Portando il cursore suun modulo compareuna descrizionesintetica dellafunzione

(con Internet Explorer)

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Indice grafico - 3

Cliccando sui modulicompare una nuovafinestra conspiegazione e guidadidattica del capitolocorrispondente


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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 unsottosistema.

– effetto analogo all'interazione con strumenti in un laboratorio:variando ampiezza e frequenza di un segnale di ingresso siosservano su un oscilloscopio gli effetti sull'uscita

– A ogni simulatore è abbinata una breve spiegazione, conindicazioni sulle combinazioni di parametri più significative

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Figure attive e simulatori - 2

• Esempio: risposta del II ordine

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Obiettivi della presentazione

• Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristichedel 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 taleapplicazione

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Sistema di riferimento

• Principale applicazione di riferimento:• sistema radio ricevente e trasmittente

– telefono cellulare, interfaccia wireless LAN» sistema complesso (anche 100.000.000 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

05-Mar-03 - 23 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Ricevitore elementare

Filtro, Amplificatore eDemodulatore a frequenzavariabile.

La sintonia si esegue spostandola frequenza di risonanza delfiltro fA.

Vu

ANT.

DEMOD.Va

f

fA

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Principio del ricevitore eterodina

Il segnale di ingresso vienetraslato a una frequenza fissafi = fa - fo.

La sintonia si ottiene variando fo

Filtro diingresso(F variabile)

XO

DEMOD.VaVu

Filtro e Amplificatore(F fissa fi)

f

fa fOfi = fa - fo

fa

fO

canale FIfi = fa - fo


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05-Mar-03 - 25 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Supereterodina doppia conversione

La doppia traslazione semplifica ifiltri sul canale IFGeneralmente O2 è fisso,la sintonia si ottiene variando O1

Amplifi. diingressoLNA

X

O1

DEM.Va

Amplif.IF 1

f

fa fO1fi1 = fa - fO2

X

O2Amplif.IF 2

f

fO2fi1fi205-Mar-03 - 26 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Introduciamo il digitale - 1

Molte applicazioni utilizzano datiespressi in forma numerica.

XO

VaVu

Amplificatore Fi(F fissa)

Demodulatoreanalogico

DEMOD. A/D


canale FI

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Introduciamo il digitale - 2

Il demodulatore numerico può usare algoritmi complessiE’ possibile cambiare facilmente modulazione

Il convertitore A/D deve operare a frequenza relativamente alta.

XO

VaVu

Amplificatore Fi(F fissa)

A/D

Demodulatorenumerico

DEMOD.


canale FI

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Anticipiamo il digitale

E’ possibile cambiare a SW le caratteristiche del canale FI

Ia presenza del filtro FI numerico aumenta le richieste computazionali

Filtro e Amplificatore di ingressobasso rumore, ampia dinamica:LNA

XO

canale FIVu

A/D

Filtro FI e Demodulatorenumerici

DEMOD.Va

05-Mar-03 - 29 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

:

Demodulazione I/Q

• Catena di demodulazione I/Q:

-:

cos

sen

tsenVV

tcosVVS

C ω×=

Operazioni eseguitegeneralmente in analogica(moltiplicatori e filtri) -

Operazioni eseguite indigitale, dai circuiti logicidopo i convertitori A/D

C

S

2S

2C

VVarctgV

VVV

=∠

+=

Vc

Vs

V

05-Mar-03 - 30 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Canali I/Q

Il segnale viene scomposto nelle componenti in fase e in quadratura.

Il demodulatore calcola modulo e fase.

Amplificatoredi ingresso(LNA)

Ramo segnale I

VIX A/D

DEMOD.

XO

A/D

π/2

VQRamo segnale Q

|V|, ∠V

Va


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05-Mar-03 - 31 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

SDR: Software Defined Radio

Le funzionalità numerichesono realizzate da componentiprogrammabili (DSP, logicheprogrammabili, ….)

DSP

O

DEMOD.A/D

A/D critico per:- velocità- rumore- dinamica- linearità

Componente analogico:LNA (+ filtro)

Va

05-Mar-03 - 32 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

SDR con canali I/Q

DSP

Componenti analogici:- filtro- LNAIl filtro alleggerisce lespecifiche su LNA(riduce i segnali fuoribanda)

Va

DEMOD.

A/D

A/D

Oπ/2

HW radio universale:Può cambiare frequenze, modulazioni,applicazioni (GSM, GPS, UMTS, …)

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Esempio di Struttura reale di RTX

05-Mar-03 - 34 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Dettaglio parte ricezione I/Q

Parte della catena di ricezione:- filtri, amplificatori, PLL, mixer- convertitori A/D- demodulatore numerico

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Struttura di trasmettitore I/Q

Parte della catena di trasmissione:- convertitori D/A, amplificatori, filtri- PLL, mixer,

05-Mar-03 - 36 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

PLLDDS

PLLDDS

XX

ANTENNA

DEM.DEM.

XXXX

XX

D/AD/A

CONTROLLOCONTROLLO

A/DA/D

D/AD/A

Microf. Auric. Display, TastiMicrof. Auric. Display, Tasti

D/AD/A

O O I/Q I/Q

XX

A/DA/D

A/DA/D

XXMOD.MOD.

RF: 0,9/2GHz

MISTI A/DIF: 100 MHz

BANDA BASE DIGITALE

TRASDUTTORI

Low Noise Amplifier900MHz/1GHz

Power Amplifier900MHz/1GHz

Canale FI RX

Canale FI TX

Canale RX - I/Q

Oscillatori esintetizzatori

Canale TX - I/Q

microP, DSP, memoria,..

Interfacciautente

Schema a blocchi di riferimento


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05-Mar-03 - 37 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Gruppo di lezioni A

• Informazioni logistiche e organizzative• Applicazione di riferimento

– caratteristiche e tipologie di moduli• Circuiti con operazionali reazionati

– noti dai corsi precedenti (Sistemi ELN, Elettronica Analogica)• Amplificatori con transistori

– rete di polarizzazione– analisi con modello lineare e nonlineare BJT e MOS– applicazioni della nonlinearità

• Oscillatori• Mixer

05-Mar-03 - 38 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Amplificatori con A.O.: dove ?

Interfaccia segnali audio(microfono e altoparlante).

Amplificatori canale IF

Amplificatori e filtri diingresso dei convertitori A/D.

05-Mar-03 - 39 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Amplificatori con transistori: dove ?

LNA (low noise amplifier)

amplificatori di ingresso RX:

- basso rumore

- ampia dinamica

PA (power amplifier)

amplificatori di potenza TX:

- alto rendimento

- basso contenuto di armoniche

05-Mar-03 - 40 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Prossima lezione (A1)

• 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, 1.2

05-Mar-03 - 41 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Prerequisiti lezioni gruppo A

• Transistori bipolari e MOS– circuiti di polarizzazione– modelli per piccolo segnale– modelli per ampio segnale

• Modelli di giunzione pn– equazione logaritmica

• Circuiti risonanti– parametri– risposta infrequenza

etlce3a0s - polito

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