ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 1 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Politecnico di TorinoFacoltà dell’Informazione
Modulo
Elettronica delle telecomunicazioni
Presentazione
A0 - Organizzazione del modulosistema di rifereimento
» obiettivi e contenuti» organizzazione» sistema radio» progetto di amplificatori
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 2 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Obiettivi di questa lezione
• Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristichedel modulo “Elettronica delle telecomunicazioni”
– transitorio VO - NO
• 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
Questa presentazione descrive l’organizzazione del corso “Elettronica delle Telecomunicazioni” materia a scelta per il corso di Ingegneria Elettronica del Politecnico di Torino, e le sue particolari caratteristiche. Il corso è focalizzato su sistemi e circuiti per telecomunicazioni e sui sistemi per il trattamento dell’informazione in generale.Il testo di riferimento comprende anche un CD-ROM; in questa introduzione vengono presentate anche le sue caratteristiche, le modalità di impiego e i collegamenti con il testo cartaceo e vari siti web contenenti materiale didattico.Il corso utilizza come applicazione di riferimento un sistema ricetrasmittente mobile (telefono cellulare, o interfaccia per LAN wireless). In questa lezione viene anche presentata brevemente l’evoluzionedell’architettura di un ricevitore radio, i cui moduli funzionali sono descritti nelle lezioni successive.Il primo gruppo di slide presenta i contenuti e l’organizzazione per il volume cartaceo e il CD; le successive presentano alcuni aspetti didattico-organizzativi, e l’ultimo gruppo il sistema di riferimento.
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ELN delle TLC
• Istituito nel 1976– prima sede in Italia– da 14 a 170 allievi
• Fino al 2000 unico corso 11 crediti
• Spezzato in due moduli 5 + 6
• Da 2003: Nuovo Ordinamento:– ELN TLC (1): corso a scelta del III anno Laurea– ELN TLC 2: corso del II anno Laurea Specialistica
– non corrispondono ai corsi V.O.– contenuto complessivo corrisponde al 60%
Il corso è nato nel 1976, con 14 allievi, primo in Italia con questo titolo.Dal 2000 è stato diviso in due moduli (ETLCa e ETLCb).
Nel Nuovo Ordinamento gli argomenti sono riorganizzati su due moduli (ETLC1 e ETLC2):
Laurea Triennale: Elettronica per le Telecomunicazioni-amplificatori -circuti nonlineari-PLL-conversione A/D e D/A per TLC
Laurea Specialistica: Elettronica per le Telecomunicazioni II-SDR-componenti programmabili per TLC-uso di codesign (da corso precedente)
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19/02/2004 - 4 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Transitorio da V.O. a N.O.
Vecchio Ord N.O. AA 03/04 N.O. a regime
Modulo 1
Amplif a trans Amplif a trans Amplif a transNonlinearità Nonlinearità NonlinearitàFiltri PLL PLLConv A/D e D/A Conv A/D e D/A Conv A/D e D/A
esame VO esame NO esame NO
Modulo 2
PLL filtri SDRlogiche program logiche program logiche programintegr segnali integr segnali case study
protocolli
esame VO esame VO (+mod 1) esame NO
Nell’AA 2003-04 la maggior parte degli allievi di ETLC1 e di ETLC2 proviene dal VO, e deve seguire entrambi i moduli (come previsto nel VO).
ETLC1 viene svolto secondo il NO (quindi con contenuti che corrispondono solo in parte al primo modulo del VO)
ETLC2 nell’AA 2003-04 viene seguito solo da allievi del V.O., che hanno seguito ETLCa o ETLC1 (come sostitutivo di ETLCa). In questo AA viene svolto con un programma che rappresenta il complemento di ETLC1 ai contenuti complessivi dei due moduli di ETLCa e ETLCb (VO). In pratica, i PLL – fatti a ETLC1, non vengono fatti in ETLC2, mentre vengono mantenuti e ampliati glialtri argomenti di ETLCb.
L’esame di ETLC2 per chi lo ha seguito nel 2003-04 – a parte le sessioni di fine modulo a Giugno e Luglio 2004 - coincide con quello di ETLCb. Sarà differenziato solo per chi lo seguirà negli AA successivi.
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19/02/2004 - 5 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
Si tratta di un corso di elettronica applicata, con approccio top-down.
Si inizia individuando i principali moduli funzionali presenti in un sistema di telecomunicazione, descrivendone i parametri significativi. Ciascun modulo viene poi esaminato in dettaglio, con attenzione ai criteri di progetto e alla relazione tra prestazioni, errori, e struttura.
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19/02/2004 - 6 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
Questo corso presuppone familiarità con le nozioni di base di elettronica applicata: transistori bipolari e MOS, amplificatori operazionali e circuiti con reazione, semplici circuiti logici, tecnologie base di integrazione. Sono dati per acquisiti anche i concetti e metodi forniti nei corsi di teoria dei segnali: analisi spettrale, distribuzioni, modulazioni analogiche e numeriche. La “guida didattica” introduttiva di ciascun capitolo del testo indica di volta in volta i prerequisiti più importanti, richiesti per affrontare gli argomenti del capitolo stesso.Nelle esercitazioni di laboratorio si richiedono semplici montaggi e l’esecuzione di misure tramite l’utilizzazione degli strumenti base, quali generatori di segnale, multimetri, oscilloscopio. L’Appendice fornisce indicazioni generali sull’esecuzione delle esperienze e sulla stesura delle relazioni, ma è opportuno aver seguito un precedente corso di elettronica applicata o di misure, per l’acquisizione dei primi elementi e l’addestramento di base sull’uso della strumentazione.
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19/02/2004 - 7 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
Questo corso è organizzato in gruppi di lezioni, che corrispondono ai vari capitoli del testo, legati da un unico filo conduttore: l’esplorazione di un sistema radiomobile di generazione intermedia. Questo sistema di riferimento offre una visuale più ampia rispetto ai moderni SDR (Software Defined Radio) e corrisponde alla maggior parte degli apparati in uso e in produzione. I capitoli 1 e 2 descrivono i vari tièi di amplificatori, oscillatori, mixer, e altri circuiti nonlineari. Il Capitolo 3 descrive principi, circuiti e applicazioni per gli anelli ad aggancio di fase (PLL). Il Capitolo 4 riguarda i sistemi di conversione A/D e D/A, con particolare attenzione alle tecniche usate per la codifica numerica della voce nei sistemi di telecomunicazione e ai convertitori ad alta velocità e dinamica richiesti nei sistemi “software defined radio”. Il Capitolo 5 tratta le tecniche di interconnessione, sia per gli aspetti di integrità dei segnali sia di protocolli, argomenti legati alle comunicazioni “wireline” e comunque fondamentali per il progetto di sistemi elettronici veloci e complessi. Gli argomenti del Cap. 5 non sono trattati in questo corso.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 8 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Elementi caratterizzanti
• Approccio top-down: Ogni 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
Tutti gli argomenti iniziano con la descrizione e identificazione funzionale (cosa fa un modulo, quali sono i parametri che ne definiscono ilcomportamento esterno); successivamente si passa all’analisi circuitale (come è fatto il modulo, con la presentazione delle diverse possibilità), per concludere con una discussione delle cause di errore e dei loro legami con gli elementi circuitali. Questo metodo è stato scelto deliberatamente per riflettere una procedura di progetto, a livello di sistema e di modulo, di tipo top-down. Un sistema elettronico complesso non può essere progettato (o anche solo analizzato) come unico oggetto: è necessario appoggiarsi a una gerarchia di livelli. Il livello più alto è una descrizione comportamentale (cosa fa il sistema); questa viene poi suddivisa in una serie di funzioni di minore complessità (realizzate da moduli, per ciascuno dei quali devono essere indicate le modalità operative e di scambio delle informazioni con gli altri). Si ripete via via lo stesso procedimento fino a giungere a oggetti già disponibili oprogettabili, realizzabili con i mezzi a disposizione. Separando la descrizione del “cosa fa” il sistema dal “come lo fa” possiamo meglio valutare e confrontare le varie scelte di progetto.
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19/02/2004 - 9 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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– 5 laboratori 20 + 10– 64 86
– 64 oreaula + 86 ore autonome = 150/30 = 5 crediti
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 10 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Materiale didattico
• Testo:– D. Del Corso: ELETTRONICA PER TELECOMUNICAZIONI
McGraw Hill, 2002» CD-ROM» materiale complementare (simulatori, note applicative, …)
• Siti web» http://ulisse.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, ...
Il testo comprende un CD-Rom, in cui è possibile reperire materiale aggiuntivo e puntatori a materiale di vario tipo su siti web esterni.Sul sito Ulisse verranno via via inseriti informazioni, aggiornamenti e altro materiale.
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19/02/2004 - 11 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
Le esercitazioni sperimentali di laboratorio sono parte integrante di questo corso. Comprendono una parte progettuale (con specifiche indicate a lezione), il montaggio dei circuiti, l’esecuzione di misure, e la stesura di una relazione. Sono disponibili manuali con le istruzioni generali per l’uso del materiale di laboratorio, la stesura delle relazioni, e lo svolgimento di ciascuna esercitazione.
Perchè il laboratorio sia considerato valido il gruppo deve aver svolto almeno il 75% delle esercitazioni previste. Il voto di laboratorio viene assegnato al termine del modulo.
Durante il corso è possibile svolgere tesine, su argomenti collegati ai contenuti del corso, concordati con il docente. Lo svolgimento completo di una tesina (con presentazione in aula e relazione scritta), oltre al punteggio aggiuntivo determina l'esonero dallo scritto.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 12 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
Il voto finale viene ottenuto da una valutazione dello scritto, delle relazioni di laboratorio, e da eventuali orale, tesine, premi quaderno.
All'allievo che redige il miglior quaderno di appunti (di lezione) viene attribuito un incremento di 3 punti nel voto d'esame (parte [Q] nel computo del voto). Il quaderno deve seguire specifici criteri di redazione, e deve essere consegnato in corrispondenza del primo appello, o alla data indicata dal docente. Per ciascun AA viene attribuito un solo "premio quaderno".
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 13 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
• 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
Le esercitazioni di laboratorio costituiscono parte integrante dei corsi a carattere progettuale come questo, e hanno come obiettivi principali:• verificare la corrispondenza dei circuiti reali con quanto presentato
nelle lezioni;• preparare alla stesura di relazioni di attività sperimentali;• abituare al lavoro di gruppo.La verifica va intesa in senso positivo e negativo: con le misure effettuate in laboratorio è possibile sia controllare che quanto si verifica in un circuito reale corrisponde a quanto presentato nella parte “teorica” delle lezioni, sia evidenziare i limiti dei modelli matematici e circuitali, e quelle situazioni in cui le analisi semplificate effettuate nelle lezioni non sono valide.Ogni esercitazione comprende una serie di misure sul circuito stesso, e la stesura della relazione, con analisi critica dei risultati.
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19/02/2004 - 14 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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 al lavoro coordinato; esecuzione dell'esperienza e stesura dellarelazione sono compiti collettivi del gruppo di allievi.
– Solo organizzando preventivamente il lavoro e suddividendolo 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 !
Per qualunque ingegnere è importante saper collaborare in modo efficace. Uno degli obbiettivi delle attività di laboratorio è abituare al lavoro coordinato: l'esecuzione dell'esperienza e la stesura della relazione sono compiti collettivi di un gruppo di allievi.L’esercitazione è calibrata in modo tale che i punti proposti possono essere completati nel tempo assegnato solo suddividendo il lavoro tra icomponenti del gruppo, e organizzandolo in modo opportuno.Nel caso sia richiesto un progetto, questo deve essere sviluppato prima dell’esercitazione.
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19/02/2004 - 15 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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)
Il materiale aggiuntivo su CD-ROM comprende simulatori e “smart drawings”: simulatori interattivi in tempo reale che permettono di osservare gli effetti di variazioni dei parametri in moduli e circuiti. Gli smart drawingssono utilizzabili dal docente per dimostrazioni visuali in aula e dagli studenti per condurre in modo autonomo esperimenti virtuali (che possono integrare ma non sostituire del tutto le reali attività di laboratorio). Altri riferimenti sono ai siti di fabbricanti di circuiti integrati, che mettono a disposizione data sheet, note applicative e “tutorial” per approfondimenti su argomenti specifici.
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19/02/2004 - 16 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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.
Uso e navigazione nel CD:
Inserire il CD e lanciare index.htmIl CD-ROM può essere esplorato attraverso- collegamenti dalla pagina base (indice),- collegamenti dalle pagine indice tematiche (figure attive, note
applicative, data sheet, laboratori, …),- collegamenti dalla mappa testuale.I documenti terminali sono generalmente .pdf; nel sistema deve essere presente Acrobat Reader.Da ogni pagina (tranne i documenti terminali) si può saltare direttamente:- al sito McGraw-Hill (logo in alto a destra)- alla pagina iniziale (secondo logo da destra,o freccia rossa)- alla mappa testuale (freccia verde)
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19/02/2004 - 17 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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).
Note applicative e data sheets provengono dai siti dei fabbricanti di componenti e moduli funzionali.Altri documenti analoghi sono reperibili nei siti esterni indicati.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 18 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 19 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Indice grafico - 2
Portando il cursore su un modulo compare una descrizione sintetica della funzione
(con Internet Explorer)
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 20 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Indice grafico - 3
Cliccando sui moduli compare una nuova finestra con spiegazione e guida didattica del capitolo corrispondente
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 21 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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;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
Un normale 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.Nel CD è presente un simulatore (FilterCAD della Linear Technology) che permette di progettare e simulare il comportamento di vari tipi di filtri.Altri simulatori possono essere scaricati dai collegamenti esterni indicati.
Le “figure attive” sono simulatori grafici che permettono di verificare in tempo reale l’effetto di variazioni dei parametri. Nel CD e nel sito sono presenti simulatori di questo tipo. Alcuni di questi sono stati realizzati come tesine nelle precedenti edizioni di questo corso, o con il supporto deiprogrammi per il miglioramento di qualità della didattica della Facoltà dell’Informazione.
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19/02/2004 - 22 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Figure attive e simulatori - 2
• Esempio: risposta del II ordine
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 23 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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 di questo corso con tale applicazione
A questo punto inizia la descrizione di una applicazione di riferimento o, più in generale, delle architetture di sistemi di ricetrasmissione, in cui sono presenti buona parte degli argomenti trattati nel testo.
La presentazione tratta:- Struttura di RX e TX (telefono cellulare GSM)- strutture di ricevitori radio
(dal ricevitore a diodo alla SW radio)- identificazione dei moduli funzionali- loro corrispondenza con i capitoli del testo
ETLCE - A0 19/02/2004
© 2004 DDC 24
19/02/2004 - 24 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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
• altra applicazione di riferimento:sistema wireline (LAN, …)
» problemi simili» canale e parametri diversi
ETLCE - A0 19/02/2004
© 2004 DDC 25
19/02/2004 - 25 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Ricevitore elementare
Filtro, Amplificatore e Demodulatore a frequenzavariabile.
La sintonia si esegue spostandola frequenza di risonanza del filtro fA.
Vu
ANT.
DEMOD.Va
f
fA
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 26 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Principio del ricevitore eterodina
Il segnale di ingresso vienetraslato a una frequenza fissafi = fa - fo.
La sintonia si ottiene variando fo
Filtro di ingresso(F variabile)
XO
DEMOD.VaVu
Filtro e Amplificatore(F fissa fi)
f
fa fOfi = fa - fo
fa
fO
canale FIfi = fa - fo
La maggior parte dei ricevitori attuali utilizza la tecnica eterodina.Il segnale di ingresso viene traslato in frequenza moltiplicandolo con il segnale generato da un oscillatore locale. L’uscita (Frequenza Intermedia FI) ulteriormente filtrata e amplificata va al demodulatore. La sintonia viene eseguita cambiando la frequenza dell’oscillatore locale. Il principale vantaggio di questa struttura è che la catena filtro-amplificatore-demodulatore opera a frequenza fissa.Gli unici elementi a frequenza variabile sono il filtro di ingresso e l’oscillatore.
ETLCE - A0 19/02/2004
© 2004 DDC 27
19/02/2004 - 27 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Supereterodina doppia conversione
La doppia traslazione semplifica i filtri sul canale IFGeneralmente O2 è fisso,la sintonia si ottiene variando O1
Amplifi. di ingressoLNA
X
O1
DEM.Va
Amplif. IF 1
f
fa fO1fi1 = fa - fO2
X
O2Amplif. IF 2
f
fO2fi1fi2
La tecnica della doppia conversione permette di eliminare più facilmente le frequenze di ingresso corrispondenti al battimento indesiderato (in questo esempio F’a = Fo1 + Fi1).
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 28 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Introduciamo il digitale - 1
Molte applicazioni utilizzano datiespressi in forma numerica.
XO
VaVu
Amplificatore Fi (F fissa)
Demodulatoreanalogico
DEMOD. A/D
Filtro di ingresso(F variabile)
canale FI
I circuiti digitali presentano diversi vantaggi rispetto a quelli analogici.Il primo passo per introdurre strutture digitali nel ricevitore radio consiste nell’inserire un convertitore A/D in coda alla catena: il segnale demodulato viene convertito in forma numerica.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 29 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
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.
Filtro di ingresso(F variabile)
canale FI
Per incrementare le funzioni svolte in forma numerica, il convertitore A/D deve essere spostato verso la parte iniziale della catena.Il demodulatore diventa così numerico.Il convertitore A/D deve operare sul segnale a frequenza intermedia.
Le caratteristiche dell’amplificatore FI dipendono dal tipo di modulazione.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 30 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Anticipiamo il digitale
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
Filtro e Amplificatore di ingressobasso rumore, ampia dinamica: LNA
XO
canale FIVu
A/D
Filtro FI e Demodulatorenumerici
DEMOD.Va
Un ulteriore passo consiste nel portare nella parte numerica anche le funzioni del filtro a Frequenza Intermedia.La frequenza operativa del convertitore A/D rimane invariata; aumenta la complessità computazionale richiesta alla parte numerica.
ETLCE - A0 19/02/2004
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19/02/2004 - 31 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
:
Demodulazione I/Q
• Catena di demodulazione I/Q:
-:
cos
sentsenVV
tcosVV
S
C
ω×=
ω×=�
�
Operazioni eseguitegeneralmente in analogica(moltiplicatori e filtri) -
Operazioni eseguite in digitale, dai circuiti logicidopo i convertitori A/D
C
S
2S
2C
VVarctgV
VVV
=∠
+=�
�
Vc
Vs
V
Le operazioni sul segnale possono essere condotte scomponendolo nelle componenti in fase e in quadratura (I/Q). L’operazione richiede il prodotto con due segnali di riferimento I/Q (seno e coseno).Dalle due componenti I/Q (Vc e Vs) possono essere ricavate facilmente le informazioni di fase e ampiezza, quindi la tecnica è particolarmente adatta per modulazioni numeriche che operano su ampiezza e fase del segnale.
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19/02/2004 - 32 ETLCE - A0 - © 2004 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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19/02/2004 - 33 ETLCE - A0 - © 2004 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
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19/02/2004 - 34 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
SDR con canali I/Q
DSP
Componenti analogici:- filtro- LNAIl filtro alleggerisce le specifiche 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
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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,
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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 e sintetizzatori
Canale TX - I/Q
microP, DSP, memoria, ..
Interfacciautente
Schema a blocchi di riferimento
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19/02/2004 - 39 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Gruppo di lezioni A
• Informazioni logistiche e organizzative
• Applicazione di riferimento– caratteristiche e tipologie di moduli
• Amplificatori AC con A.O. reazionati– 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
I primi due punti, di carattere informativo e organizzativo, sono stati presentati nei cartelli precedenti. Iniziano ora i contenuti tecnici veri e propri.
Come primo passo identifichiamo le varie tipologie di amplificatori presenti nel sistema di riferiemento.
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19/02/2004 - 40 ETLCE - A0 - © 2004 DDC
Amplificatori con A.O.: dove ?
Interfaccia segnali audio (microfono e altoparlante).
Amplificatori canale IF
Amplificatori e filtri di ingresso dei convertitori A/D.
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19/02/2004 - 41 ETLCE - A0 - © 2004 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
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19/02/2004 - 42 ETLCE - A0 - © 2004 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
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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
