ID:
64336
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
ELETTRONICA
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT/Components & circuits design Anno: 2
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (24/02/2025 - 05/06/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Nell'insegnamento, dopo l'introduzione e il richiamo di alcuni concetti fondamentali, vengono esaminate le principali architetture di ricevitori e trasmettitori radio per poi affrontare le più importanti problematiche dei loro componenti circuitali fondamentali (amplificatori di guadagno, a basso rumore e di potenza, oscillatori controllati in tensione, convertitori di frequenza, anelli ad aggancio di fase, convertitori analogico/digitali, ecc.). Vengono prese in esame anche le più diffuse tecnologie e i relativi dispositivi elettronici.
Sebbene l’ambito di riferimento sia quello delle trasmissioni wireless, le problematiche affrontate sono fondamentali in diversi contesti di acquisizione ed elaborazione analogica/digitale dei segnali (e.g. strumentazione elettronica).
Sulla base di un approccio top-down (che analizza architetture e problematiche di ricevitori e trasmettitori radio, non linearità e rumore in dispositivi e circuiti elettronici, circuiti per catene di ricezione e trasmissione di segnali radio) le principali conoscenze acquisite in ambito elettronico saranno:
- principi di funzionamento e tecnologie di dispositivi, circuiti/sistemi elettronici utilizzati ad alta frequenza nell’ambito delle comunicazioni wireless e per l’acquisizione ed elaborazione di segnali analogici;
- tecniche di analisi ed elementi di progettazione di circuiti analogici operanti a frequenze elevate.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- analisi e misura delle prestazioni di dispositivi e circuiti elettronici per le telecomunicazioni;
- analisi e criteri di progetto di circuiti/sistemi elettronici analogici operanti a frequenze elevate per applicazioni alle telecomunicazioni;
e più nello specifico:
- elementi di progettazione di amplificatori a basso rumore, di guadagno e di trasmissione;
- elementi di progettazione di mixer e oscillatori;
- criteri di scelta e dimensionamento di massima di sintetizzatori di frequenza.
Sebbene l’ambito di riferimento sia quello delle trasmissioni wireless, le problematiche affrontate sono fondamentali in diversi contesti di acquisizione ed elaborazione analogica/digitale dei segnali (e.g. strumentazione elettronica).
Sulla base di un approccio top-down (che analizza architetture e problematiche di ricevitori e trasmettitori radio, non linearità e rumore in dispositivi e circuiti elettronici, circuiti per catene di ricezione e trasmissione di segnali radio) le principali conoscenze acquisite in ambito elettronico saranno:
- principi di funzionamento e tecnologie di dispositivi, circuiti/sistemi elettronici utilizzati ad alta frequenza nell’ambito delle comunicazioni wireless e per l’acquisizione ed elaborazione di segnali analogici;
- tecniche di analisi ed elementi di progettazione di circuiti analogici operanti a frequenze elevate.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- analisi e misura delle prestazioni di dispositivi e circuiti elettronici per le telecomunicazioni;
- analisi e criteri di progetto di circuiti/sistemi elettronici analogici operanti a frequenze elevate per applicazioni alle telecomunicazioni;
e più nello specifico:
- elementi di progettazione di amplificatori a basso rumore, di guadagno e di trasmissione;
- elementi di progettazione di mixer e oscillatori;
- criteri di scelta e dimensionamento di massima di sintetizzatori di frequenza.
Prerequisiti
E’ necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze:
comunicazioni elettriche (conversione in frequenza, modulazione analogica e numerica, rumore, ecc.); dispositivi elettronici e circuiti elettronici analogici fondamentali (amplificatori per piccoli e grandi segnali, oscillatori); concetti fondamentali della propagazione libera e guidata; strumenti elettronici di misura di base.
comunicazioni elettriche (conversione in frequenza, modulazione analogica e numerica, rumore, ecc.); dispositivi elettronici e circuiti elettronici analogici fondamentali (amplificatori per piccoli e grandi segnali, oscillatori); concetti fondamentali della propagazione libera e guidata; strumenti elettronici di misura di base.
Metodi didattici
L'insegnamento è organizzato nel seguente modo:
lezioni ed esercizi in aula su tutti gli argomenti del corso.
lezioni ed esercizi in aula su tutti gli argomenti del corso.
Verifica Apprendimento
L'esame è orale e prevede domande sugli argomenti svolti a lezione con lo scopo di valutare la comprensione delle problematiche affrontate e la padronanza degli strumenti di analisi e sintesi introdotti.
N.B. La cadenza degli esami è di norma settimanale (contattare il docente in caso di assenza di appelli nel breve periodo). Per motivi organizzativi la lista d'esame si chiude due giorni prima della data dell'appello.
Il superamento dell’esame è prova dell’aver acquisito la capacità di applicare le conoscenze relative agli obiettivi formativi precedentemente indicati con particolare riferimento alle architetture dei sistemi radio e all'analisi e sintesi dei relativi componenti circuitali.
N.B. La cadenza degli esami è di norma settimanale (contattare il docente in caso di assenza di appelli nel breve periodo). Per motivi organizzativi la lista d'esame si chiude due giorni prima della data dell'appello.
Il superamento dell’esame è prova dell’aver acquisito la capacità di applicare le conoscenze relative agli obiettivi formativi precedentemente indicati con particolare riferimento alle architetture dei sistemi radio e all'analisi e sintesi dei relativi componenti circuitali.
Testi
Slide delle lezioni e altro materiale didattico fornito dal docente.
Non esiste un libro di testo che copra l'intero programma del corso. Agli studenti interessati ad approfondire i vari argomenti trattati si consigliano i seguenti testi, tutti reperibili presso la Biblioteca.
B. Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall, seconda edizione, 2012.
M. Steer, Microwave and RF Design: A Systems Approach, SciTech Publishing, 2010.
L.E. Larson, RF and microwave circuit design for wireless communications, Artech House, 1997.
Ludwig, Bretchko, RF Circuit Design: Theory and Applications, Prentice Hall, 2000.
Rohde, Newkirk, RF/Microwave Circuit Design for Wireless Applications, John Wiley, 2000.
S.C. Cripps, RF power amplifiers for wireless communications, Artech Hause, 2006.
G. Ghione, Dispositivi per la microelettronica, McGraw-Hill, 1998.
Non esiste un libro di testo che copra l'intero programma del corso. Agli studenti interessati ad approfondire i vari argomenti trattati si consigliano i seguenti testi, tutti reperibili presso la Biblioteca.
B. Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall, seconda edizione, 2012.
M. Steer, Microwave and RF Design: A Systems Approach, SciTech Publishing, 2010.
L.E. Larson, RF and microwave circuit design for wireless communications, Artech House, 1997.
Ludwig, Bretchko, RF Circuit Design: Theory and Applications, Prentice Hall, 2000.
Rohde, Newkirk, RF/Microwave Circuit Design for Wireless Applications, John Wiley, 2000.
S.C. Cripps, RF power amplifiers for wireless communications, Artech Hause, 2006.
G. Ghione, Dispositivi per la microelettronica, McGraw-Hill, 1998.
Contenuti
L'insegnamento prevede 60 ore di didattica tra lezioni ed esercizi/esempi in aula.
Lezioni frontali:
Strumenti CAD e modelli per l’analisi/progetto di circuiti e sistemi elettronici wireless:
Modelli dei dispositivi a circuito equivalente e black-box (parametri di diffusione, modelli comportamentali).
Non linearità e rumore - concetti e parametri fondamentali:
Non linearità e suoi effetti in dispositivi e sistemi elettronici. Distorsione lineare e ISI. Rumore. Parametri fondamentali di un ricevitore radio (definizione e cenni a metodi di misura).
Architetture dei transceiver:
Modulatori e de-modulatori (analogici e digitali). Modulazioni a inviluppo costante e problema della ricrescita spettrale. Cenni a tecniche di accesso. Selezione di banda e canale. Ricevitore eterodina: problematiche e implementazioni. Ricevitore omodina (zero IF): vantaggi e problematiche. Ricevitore a reiezione di immagine. Fast ADC e ricevitori RF/IF-sampling. Trasmettitori a conversione diretta e a doppia conversione.
Tecnologie dei componenti:
Cenni a semiconduttori composti, dispositivi per alta frequenza (MESFET, HEMT, HBT) e tecnologie per circuiti ibridi e integrati. Carta di Smith e utilizzo per rappresentare i parametri AC di dispositivi e componenti per alta frequenza.
Amplificatori lineari ad alta frequenza e amplificatori a basso rumore (LNA):
Differenze metodologiche con amplificatori per bassa frequenza. Topologia di amplificatore RF vs BF. Stabilità: incondizionata stabilità e cerchi di stabilità, fattore K. Massimizzazione del guadagno di trasduzione. Carta di Smith e progetto reti di adattamento. Rumore nei dispositivi elettronici: rumore Johnson, Shot, Flicker, Burst. Modelli di rumore di diodi, BJT e FET. Descrizione del rumore in due porte. Analisi di rumore in presenza di sorgenti incorrelate e correlate. Cifra di rumore, parametri di rumore e loro caratterizzazione sperimentale. Criteri di progetto per amplificatori a basso rumore.
Convertitori di frequenza - mixer:
Caratteristiche principali, isolamento, spurie e rumore; singolo e doppio bilanciamento e relative proprietà. Mixer attivi (cella di Gilbert, a transconduttanza) e passivi (switching). Cenni a mixer cold-fet. "Ibridi" ed esempi di realizzazione e applicazione.
VCO e PLL:
Oscillatori a retroazione (ampiezza e frequenza di oscillazione). Oscillatori a tre punti. Stabilizzazione in frequenza (risonatori e quarzi). Oscillatori cross-coupled. Oscillatori controllati in tensione (VCO) e varactor. Rumore di fase: effetti in ricezione e trasmissione. Analisi dei fenomeni di generazione del rumore di fase in oscillatori (formula di Leeson). Architetture per oscillatori. Anelli ad aggancio di fase (PLL): schemi di tipo 1 e 2 con filtri passivi e attivi, PFD e pompa di carica. Rumore di fase. Sintesi di frequenza integer-N e fractional-N. Architetture per sintesi di frequenza diretta e indiretta.
Amplificatori di trasmissione:
Amplificatori con controllo dell'angolo di conduzione (classe A, B e C). Amplificatori ad alta efficienza: classe F, classe E (cenni a classe D). Tecniche di linearizzazione: back-off, pre distorsione, feed-forward, feed-back, EER e LINC. Envelope Tracking. Amplificatore di Doherty: struttura, funzionamento, modulazione del carico e sua implementazione. Calcolo della caratteristica di potenza di uscita e del rendimento. Cenni a implementazione e varianti.
Lezioni frontali:
Strumenti CAD e modelli per l’analisi/progetto di circuiti e sistemi elettronici wireless:
Modelli dei dispositivi a circuito equivalente e black-box (parametri di diffusione, modelli comportamentali).
Non linearità e rumore - concetti e parametri fondamentali:
Non linearità e suoi effetti in dispositivi e sistemi elettronici. Distorsione lineare e ISI. Rumore. Parametri fondamentali di un ricevitore radio (definizione e cenni a metodi di misura).
Architetture dei transceiver:
Modulatori e de-modulatori (analogici e digitali). Modulazioni a inviluppo costante e problema della ricrescita spettrale. Cenni a tecniche di accesso. Selezione di banda e canale. Ricevitore eterodina: problematiche e implementazioni. Ricevitore omodina (zero IF): vantaggi e problematiche. Ricevitore a reiezione di immagine. Fast ADC e ricevitori RF/IF-sampling. Trasmettitori a conversione diretta e a doppia conversione.
Tecnologie dei componenti:
Cenni a semiconduttori composti, dispositivi per alta frequenza (MESFET, HEMT, HBT) e tecnologie per circuiti ibridi e integrati. Carta di Smith e utilizzo per rappresentare i parametri AC di dispositivi e componenti per alta frequenza.
Amplificatori lineari ad alta frequenza e amplificatori a basso rumore (LNA):
Differenze metodologiche con amplificatori per bassa frequenza. Topologia di amplificatore RF vs BF. Stabilità: incondizionata stabilità e cerchi di stabilità, fattore K. Massimizzazione del guadagno di trasduzione. Carta di Smith e progetto reti di adattamento. Rumore nei dispositivi elettronici: rumore Johnson, Shot, Flicker, Burst. Modelli di rumore di diodi, BJT e FET. Descrizione del rumore in due porte. Analisi di rumore in presenza di sorgenti incorrelate e correlate. Cifra di rumore, parametri di rumore e loro caratterizzazione sperimentale. Criteri di progetto per amplificatori a basso rumore.
Convertitori di frequenza - mixer:
Caratteristiche principali, isolamento, spurie e rumore; singolo e doppio bilanciamento e relative proprietà. Mixer attivi (cella di Gilbert, a transconduttanza) e passivi (switching). Cenni a mixer cold-fet. "Ibridi" ed esempi di realizzazione e applicazione.
VCO e PLL:
Oscillatori a retroazione (ampiezza e frequenza di oscillazione). Oscillatori a tre punti. Stabilizzazione in frequenza (risonatori e quarzi). Oscillatori cross-coupled. Oscillatori controllati in tensione (VCO) e varactor. Rumore di fase: effetti in ricezione e trasmissione. Analisi dei fenomeni di generazione del rumore di fase in oscillatori (formula di Leeson). Architetture per oscillatori. Anelli ad aggancio di fase (PLL): schemi di tipo 1 e 2 con filtri passivi e attivi, PFD e pompa di carica. Rumore di fase. Sintesi di frequenza integer-N e fractional-N. Architetture per sintesi di frequenza diretta e indiretta.
Amplificatori di trasmissione:
Amplificatori con controllo dell'angolo di conduzione (classe A, B e C). Amplificatori ad alta efficienza: classe F, classe E (cenni a classe D). Tecniche di linearizzazione: back-off, pre distorsione, feed-forward, feed-back, EER e LINC. Envelope Tracking. Amplificatore di Doherty: struttura, funzionamento, modulazione del carico e sua implementazione. Calcolo della caratteristica di potenza di uscita e del rendimento. Cenni a implementazione e varianti.
Lingua Insegnamento
Italiano
Corsi
Corsi
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone
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