1 Elettronica per le Telecomunicazioni (1 o modulo) Prof. Luca Selmi Lucidi dalle lezioni Tabella IEEE di allocazione frequenze Wireless standard bands Frequenza di taglio f T T FE FE B C f f ih h i i h / 1 21 + ≈ = V=const. I +i I + i B C C B B C E Massima frequenza di oscillazione 1 10 100 Frequency [GHz] 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 Unilateral Power Gain f max 20dB/dec 2 max ≈ = >> f f P P U f in out B C E * IN Z Z OUT * P P IN OUT Dipendenza di f T dalla polarizzazione 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 Collector Current [A] 0 20 40 60 80 100 120 f T , f max [GHz] f T f max
diversity Rxmonitoring RxDAB L BandGPSGSMIS 95TS CDMAUMTSCDMA 2000IS 136 ?
EDGEIS 95TS CDMAUMTSCDMA 2000
A/D D/A
BTWLAN
high band
low band
Specifiche: parametri S
Obiettivi formativi e prerequisiti
• 1o modulo: • Obiettivi: fornire metriche e metodologie per la specifica, l’analisi ed il progetto dei blocchi circuitali lineari e non- lineari di utilizzo piu`frequente negli apparati di telecomunicazione. Illustrare l’architettura dei sistemi elettronici per apparati di telecomunicazione.• Prerequisiti: Fondamenti di Elettronica I e II, Teoria dei Segnali I
• 2o modulo: • Obiettivi: fornire metodologie di analisi e progetto dei circuiti elettronici di piu` frequente impiego negli apparati di telecomunicazione. Illustrare i circuiti lineari e non- lineari di piu`comune impiego negli apparati di telecomunicazione.• Prerequisiti: Elettronica per le telecomunicazioni I
Seguendo un approccio di tipo top-down (dal sistema al circuito) il corso persegue i seguenti obiettivi:
Organizzazione del Corso• Il Corso e` organizzato in due moduli distinti:
�Elettronica per le telecomunicazioni I (per Ing.
Elettronica VOD, Ing. Elettronica NOD-7 crediti, e Ing. Gestionaleclasse IX NOD-5 crediti)�
Elettronica per le telecomunicazioni II (per Ing. Elettronica VOD e Ing. Elettronica NOD, 5 crediti)
• Al primo modulo sono associati homework e dimostrazioni di laboratorio.• Al secondo modulo e` associata una esercitazione/tesi a contenuto progettuale.• Gli studenti del nuovo ordinamento sostengonoseparatamente gli esami dei due moduli.• Gli studenti del vecchio ordinamento possono sostenerel’esame in un’unica tornata, ma devono registrare sullibretto solo il risultato finale. • L’esame consiste in prove orali con discussione deicontenuti delle tesine/progetto svolte.
Programma del corso (1o mod.)
• Specifiche di blocchi lineari e non lineari: guadagno, larghezza di banda, ritardo e tempo si commutazione, rumore, non linearità, intermodulazione, distorsione armonica;• Connessione in cascata di blocchi lineari e non lineari: specifiche di sistema;• Il rumore nei circuiti elettronici: sorgenti, modellistica, specifiche;• Richiami di tecniche di modulazione (BPSK, QPSK, MSK, GMSK), di accesso multiplo (TDMA, FDMA, CDMA) e duplexing (TDD, FDD);• Specifiche degli standard di telecomunicazione (GSM, GPS, DECT, etc..) ed esempi di link budget; • Architettura di circuiti trasmettitori;• Architettura di circuiti ricevitori;• Esempio di progettazione di un ricetrasmettitore integrato.
(L.Selmi)
Programma dettagliato (I)1a lez. (2): Introduzione al corso. Organizzazione, modalita` di svolgimentodegli esami e delle esercitazioni2a lez. (4): Richiami sui sistemi lineari, tempo varianti, dinamici. Descrizionedei sistemi lineari dinamici tempo-invarianti. Sistemi distorcenti. Larghezza dibanda di un apparato e di in sistema di apparati in cascata.3a lez. (6): Massimizzazione della banda passante di una cascata di sistemilineari a GBP costante. Definizione del tempo di propagazione di un sistemalineare e di una cascata di sistemi lineari. Applicazione del metodo dei momential calcolo del tempo di propagazione. Esempio di sistema del 1o ordine.4a lez. (8): Apparati non lineari: proprieta` generali, amplificazione di potenza. Sistemi non-lineari e sistemi tempo varianti. Esempio di sistema campionatore. Modello generale di sistema non-lineare non-reattivo tramite sviluppo di Taylor. Auto-polarizzazione, compressione del guadagno. 5a lez. (10): Non-linearita` e saturazione dell’uscita. DIstorsione armonica: definizione dei coefficienti di distorsione. Total Harmonic Distortion. Misure diTHD tramite misure di potenza. Conversione AM-PM. Desensibilizzazione e bloccaggio. Ricrescita spettrale. Definizione di segnali ad inviluppo costante.6a lez. (12): Modulazione incrociata. Intermodulazione: definizione deicoefficienti di intermodulazione. Prodotti di intermodulazione del secondo e terzo ordine: ampiezza e collocazione in frequenza. Input e Output intercept point del 3o ordine. Misura di IIP3. Test di intermodulazione a due toni. Confronto tra apparati sulla base delle specifiche di IIP3 e OIP3.
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Programma dettagliato (II)7a lez. (14): Intermodulazione in stadi a cascata: modello matematico. Interpretazione fisica. Intermodulazione in sistemi selettivi in frequenza.8a lez. (16): Richiami di teoria dei segnali: segnali deterministici e casuali; rumore e interferenza. Segnali di tipo potenza ed energia. Funzioni di auto e mutua correlazione temporale. Densita` spettrali di potenza (PSD) ed energia. Definizioni degli spettri di incrocio.9a lez. (18): Segnali non deterministici. Richiami sui processi stocastici. Densita` di probabilita`. Medie temporali e medie di insieme. Momenti e momenti centrali. Indipendenza e correlazione statistica. 10a lez. (20): Auto e mutua correlazione di insieme. Processi stazionari, ergodici. PSD per segnali non deterministici. Rumore bianco e rumoregaussiano. Trasformazioni lineari di processi stocastici. Banda equivalente dirumore (NBW). Esempio di calcolo della NBW in filtri passa-basso.11a lez. (22): Potenza disponibile per segnali deterministici e aleatori. Spettrounilatero di potenza. Calcoli di rumore nel dominio del tempo.Coefficiente dicorrelazione. Rappresentazione matriciale del rumore nel dominio dellefrequenze. Esempi. Matrici catena. Rumore riportato all’ingresso. Esempi. Concetto di nullatore.12a lez. (24): Definizione di cifra di rumore. Circuito equivalente per il calcolodella NF. Espressione di NF in termini di PSD. Correlazione delle sorgenti. Ammettenza di correlazione..
Programma dettagliato (III)13a lez. (26): Resistenza e conduttanza equivalente di rumore. Cifra di rumoreottima. Cifra di rumore di stadi non adattati in cascata. Cifra di rumore di retipassive. Cifra di rumore, sensibilita` e noise floor. Minimo segnale rilevabile. .14a lez. (28): Range dinamico (DR). SFDR. Esempi. Rumore termico, flicker, Johnson, RTS, 1/f. 15a lez. (30): Modelli di rumore per componenti: Resistore, diodo, Amplificatoreoperazionale. Transistore MOS. Circuito equivalente del MOS in presenza disorgenti di rumore. Generatore equivalente di rumore di ingresso. 16a lez. (32): Tecniche di modulazione. Vantaggi della modulazione. Cenni alletecniche di modulazione analogica (AM, FM, PM). Modulazioni digitali. Costellazioni. Filtraggio ottimo. Proprieta` del filtraggio ottimo. Demodulazionecoerente e non. Introduzione alle modulazioni binarie17a lez. (34): BPSK: costellazione, forme d’onda, modulatore e demodulatore. Probabilita` di errore (BER). PSD. SNR in funzione della banda. QPSK: costellazione, forme d’onda, Probabilita` di errore (BER). Modulatore e demodulatore. 18a lez. (36): Modulatore QPSK come modulatore SSSC. Architettura del modulatore QPSK. Generazione analogica (sfasatori) o digitale (ring-oscillators) di portanti in quadratura. Energia e PSD del segnale QPSK.
Programma dettagliato (IV)19a lez. (38): Demodulazione QPSK: Gain e Phase error. Bilanciamento del demodulatore. Modulazione QPSK: bilanciamento del modulatore. Modulazione MSK e GMSK. PSD. Circuiti del modulatore. Filtri gaussiani.20a lez. (40):. Richiami sulle tecniche di accesso multiplo (TDMA, FDMA, CDMA). Richiami sulle tecniche di Duplexing (TDD, FDD). Elementi essenzialidegli standard di comunicazione wireless: GPS, DECT e GSM. Esempio dibilancio di tratta per una comunicazione satellitare GPS.21a lez. (42):. Architettura dei ricevitori. Fattore di qualita` e selezione dicanale. Architettura super-eterodina. Il problema delle frequenze immagine. 22a lez. (44):. Analisi delle frequenze immagine. Image reject filter. Ricevitorea conversione multipla. Image reject receivers. Image rejection ratio. Architettura Hartley.23a lez. (46):. Ricevitori zero IF (omodina). Vantaggi e limitazioni: offset, flicker noise, sbilanciamento I/Q, distorsione del secondo ordine. Icevitori con IF digitale. Ricevitori sub-sampling.24a lez. (48):. Trasmettitori a conversione diretta e a conversione multipla.
1a eserc. (2): Esercitazione sul comportamento di un amplificatore in regime non lineare. Distrorsione armonica e intermodulazione.2a eserc. (4): Caratterizzazione di un ricetrasmettitore integrato.
Programma del corso (2o mod.)
• Parametri scattering: definizione e misura;• Dispositivi elettronici per circuiti ad alta frequenza: BJT e MOS;• Reti elettriche di adattamento e trasformazione di impedenza;• Mixer;• Oscillatori;• Amplificatori ad alta frequenza (Low Noise e Power);• Circuiti ad aggancio di fase (PLL);• Esercitazione di laboratorio sul progetto di circuiti RF.
(P.Palestri)
Testi consigliati
• Appunti del docente. • B.Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall, 1997.• T.H.Lee, The design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Cambridge, 1998.• L.E.Larson, RF and Microwave Circuit Design for Wireless Communications, Artech House, 1997.• Gonzales, Microwave Transistors Amplifiers: Analysis and Design, 2nd ed., Prentice Hall, 1997.• C.Chien, Digital Radio Systems on a Chip, 2nd ed., Kluwer, 2002.
ll materiale e i testi sottolineati sono disponibilirispettivamente presso il centro fotocopie e il CISB
