Elettronica delle telecomunicazioni - polito.it › ... › Lezioni › ETLCE3A0n.pdf · Il corso...

ETLCE - A0 05-Mar-03

© 2003 DDC 1

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


© 2003 DDC 2

05-Mar-03 - 2 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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

Questa presentazione descrive l’organizzazione del corso “Elettronica delleTelecomunicazioni” materia a scelta per il corso di Ingegneria Elettronicadel Politecnico di Torino, e le sue particolari caratteristiche. Il corso èfocalizzato su sistemi e circuiti per telecomunicazioni e sui sistemi per iltrattamento dell’informazione in generale.Il testo di riferimento comprende anche un CD-ROM; in questaintroduzione vengono presentate anche le sue caratteristiche, le modalitàdi impiego e i collegamenti con il testo cartaceo e vari siti web contenentimateriale didattico.Il corso utilizza come applicazione di riferimento un sistemaricetrasmittente 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 descrittinelle lezioni successive.Il primo gruppo di slide presenta i contenuti e l’organizzazione per ilvolume cartaceo e il CD; le successive presentano alcuni aspetti didattico-organizzativi, e l’ultimo gruppo il sistema di riferimento.


© 2003 DDC 3

05-Mar-03 - 3 ETLCE - A0 - © 2003 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 unsistema di telecomunicazione, descrivendone i parametrisignificativi.Ciascun modulo viene poi esaminato in dettaglio, con attenzione aicriteri di progetto e alla relazione tra prestazioni, errori, e struttura.


© 2003 DDC 4

05-Mar-03 - 4 ETLCE - A0 - © 2003 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 elettronicaapplicata: transistori bipolari e MOS, amplificatori operazionali e circuiti conreazione, semplici circuiti logici, tecnologie base di integrazione.Sono dati per acquisiti anche i concetti e metodi forniti nei corsi di teoria deisegnali: analisi spettrale, distribuzioni, modulazioni analogiche enumeriche.La “guida didattica” introduttiva di ciascun capitolo del testo indica di voltain volta i prerequisiti più importanti, richiesti per affrontare gli argomenti delcapitolo stesso.Nelle esercitazioni di laboratorio si richiedono semplici montaggi el’esecuzione di misure tramite l’utilizzazione degli strumenti base, qualigeneratori di segnale, multimetri, oscilloscopio.L’Appendice fornisce indicazioni generali sull’esecuzione delle esperienzee sulla stesura delle relazioni, ma è opportuno aver seguito un precedentecorso di elettronica applicata o di misure, per l’acquisizione dei primielementi e l’addestramento di base sull’uso della strumentazione.


© 2003 DDC 5

05-Mar-03 - 5 ETLCE - A0 - © 2003 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 varicapitoli del testo, legati da un unico filo conduttore: l’esplorazione di unsistema radiomobile di generazione intermedia.Questo sistema di riferimento offre una visuale più ampia rispetto aimoderni SDR (Software Defined Radio) e corrisponde alla maggior partedegli apparati in uso e in produzione.I capitoli 1 e 2 descrivono i vari tièi di amplificatori, oscillatori, mixer, e altricircuiti nonlineari.Il Capitolo 3 descrive principi, circuiti e applicazioni per gli anelli adaggancio di fase (PLL).Il Capitolo 4 riguarda i sistemi di conversione A/D e D/A, con particolareattenzione alle tecniche usate per la codifica numerica della voce neisistemi di telecomunicazione e ai convertitori ad alta velocità e dinamicarichiesti nei sistemi “software defined radio”.Il Capitolo 5 tratta le tecniche di interconnessione, sia per gli aspetti diintegrità dei segnali sia di protocolli, argomenti legati alle comunicazioni“wireline” e comunque fondamentali per il progetto di sistemi elettroniciveloci e complessi. Gli argomenti del Cap. 5 non sono trattati in questocorso.


© 2003 DDC 6

05-Mar-03 - 6 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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

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), perconcludere con una discussione delle cause di errore e dei loro legami congli elementi circuitali.Questo metodo è stato scelto deliberatamente per riflettere una proceduradi progetto, a livello di sistema e di modulo, di tipo top-down. Un sistemaelettronico complesso non può essere progettato (o anche solo analizzato)come unico oggetto: è necessario appoggiarsi a una gerarchia di livelli. Illivello 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 lemodalità operative e di scambio delle informazioni con gli altri). Si ripete viavia 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” possiamomeglio valutare e confrontare le varie scelte di progetto.


© 2003 DDC 7

05-Mar-03 - 7 ETLCE - A0 - © 2003 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– 4 laboratori 20 + 10

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


© 2003 DDC 8

05-Mar-03 - 8 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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, ...

Il testo comprende un CD-Rom, in cui è possibile reperire materialeaggiuntivo e puntatori a materiale di vario tipo su siti web esterni.Sul sito Ulisse verranno via via inseriti informazioni, aggiornamenti e altromateriale.


© 2003 DDC 9

05-Mar-03 - 9 ETLCE - A0 - © 2003 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 questocorso. Comprendono una parte progettuale (con specifiche indicate alezione), il montaggio dei circuiti, l’esecuzione di misure, e la stesura di unarelazione.Sono disponibili manuali con le istruzioni generali per l’uso del materiale dilaboratorio, la stesura delle relazioni, e lo svolgimento di ciascunaesercitazione.

Perchè il laboratorio sia considerato valido il gruppo deve aver svoltoalmeno il 75% delle esercitazioni previste. Il voto di laboratorio vieneassegnato al termine del modulo.

Durante il corso è possibile svolgere tesine, su argomenti collegati aicontenuti del corso, concordati con il docente. Lo svolgimento completo diuna tesina (con presentazione in aula e relazione scritta), oltre al punteggioaggiuntivo determina l'esonero dallo scritto.


© 2003 DDC 10

05-Mar-03 - 10 ETLCE - A0 - © 2003 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 relazionidi laboratorio, e da eventuali orale, tesine, premi quaderno.

All'allievo che redige il miglior quaderno di appunti (di lezione) vieneattribuito un incremento di 3 punti nel voto d'esame (parte [Q] nel computodel voto). Il quaderno deve seguire specifici criteri di redazione, e deveessere consegnato in corrispondenza del primo appello, o alla data indicatadal docente. Per ciascun AA viene attribuito un solo "premio quaderno".


© 2003 DDC 11

05-Mar-03 - 11 ETLCE - A0 - © 2003 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

• 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

Le esercitazioni di laboratorio costituiscono parte integrante dei corsi acarattere 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 effettuatein laboratorio è possibile sia controllare che quanto si verifica in un circuitoreale corrisponde a quanto presentato nella parte “teorica” delle lezioni, siaevidenziare i limiti dei modelli matematici e circuitali, e quelle situazioni incui le analisi semplificate effettuate nelle lezioni non sono valide.Ogni esercitazione comprende una serie di misure sul circuito stesso, e lastesura della relazione, con analisi critica dei risultati.


© 2003 DDC 12

05-Mar-03 - 12 ETLCE - A0 - © 2003 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 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 !

Per qualunque ingegnere è importante saper collaborare in modo efficace.Uno degli obbiettivi delle attività di laboratorio è abituare al lavorocoordinato: l'esecuzione dell'esperienza e la stesura della relazione sonocompiti collettivi di un gruppo di allievi.L’esercitazione è calibrata in modo tale che i punti proposti possono esserecompletati 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 primadell’esercitazione.


© 2003 DDC 13

05-Mar-03 - 13 ETLCE - A0 - © 2003 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 “smartdrawings”: simulatori interattivi in tempo reale che permettono di osservaregli effetti di variazioni dei parametri in moduli e circuiti. Gli smart drawingssono utilizzabili dal docente per dimostrazioni visuali in aula e dagli studentiper condurre in modo autonomo esperimenti virtuali (che possono integrarema non sostituire del tutto le reali attività di laboratorio).Altri riferimenti sono ai siti di fabbricanti di circuiti integrati, che mettono adisposizione data sheet, note applicative e “tutorial” per approfondimenti suargomenti specifici.


© 2003 DDC 14

05-Mar-03 - 14 ETLCE - A0 - © 2003 DDC


• 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 esserepresente 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)


© 2003 DDC 15

05-Mar-03 - 15 ETLCE - A0 - © 2003 DDC


• 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 dicomponenti e moduli funzionali.Altri documenti analoghi sono reperibili nei siti esterni indicati.


© 2003 DDC 16

05-Mar-03 - 16 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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.


© 2003 DDC 17

05-Mar-03 - 17 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Indice grafico - 2

Portando il cursore suun modulo compareuna descrizionesintetica dellafunzione

(con Internet Explorer)


© 2003 DDC 18

05-Mar-03 - 18 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Indice grafico - 3

Cliccando sui modulicompare una nuovafinestra conspiegazione e guidadidattica del capitolocorrispondente


© 2003 DDC 19

05-Mar-03 - 19 ETLCE - A0 - © 2003 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, 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

Un normale simulatore permette di calcolare il comportamento di uncircuito 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) chepermette di progettare e simulare il comportamento di vari tipi di filtri.Altri simulatori possono essere scaricati dai collegamenti esterni indicati.


© 2003 DDC 20

05-Mar-03 - 20 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Figure attive e simulatori - 2

• Esempio: risposta del II ordine


© 2003 DDC 21

05-Mar-03 - 21 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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

A questo punto inizia la descrizione di una applicazione di riferimento o, piùin generale, delle architetture di sistemi di ricetrasmissione, in cui sonopresenti 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


© 2003 DDC 22

05-Mar-03 - 22 ETLCE - A0 - © 2003 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» buon esempio di elettronica “moderna”

• altra applicazione di riferimento– connessioni/reti su filo

» problemi simili» canale e parametri diversi


© 2003 DDC 23

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


© 2003 DDC 24

05-Mar-03 - 24 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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

La maggior parte dei ricevitori attuali utilizza la tecnica eterodina.Il segnale di ingresso viene traslato in frequenza moltiplicandolo con ilsegnale generato da un oscillatore locale. L’uscita (Frequenza IntermediaFI) ulteriormente filtrata e amplificata va al demodulatore. La sintonia vieneeseguita 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 el’oscillatore.


© 2003 DDC 25

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

fO2fi1fi2

La tecnica della doppia conversione permette di eliminare più facilmente lefrequenze di ingresso corrispondenti al battimento indesiderato (in questoesempio F’a = Fo1 + Fi1).


© 2003 DDC 26

05-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

I circuiti digitali presentano consistenti vantaggi rispetto a quelli analogici.Il primo passo per introdurre strutture digitali nel ricevitore radio consistenell’inserire un convertitore A/D in coda alla catena: il segnale demodulatoviene convertito in forma numerica.


© 2003 DDC 27

05-Mar-03 - 27 ETLCE - A0 - © 2003 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.


canale FI

Per incrementare le funzioni svolte in forma numerica, il convertitore A/Ddeve 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.


© 2003 DDC 28

05-Mar-03 - 28 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

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

Un ulteriore passo consiste nel portare nella parte numerica anche lefunzioni del filtro a Frequenza Intermedia.La frequenza operativa del convertitore A/D rimane invariata; aumenta lacomplessità computazionale richiesta alla parte numerica.


© 2003 DDC 29

05-Mar-03 - 29 ETLCE - A0 - © 2003 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 indigitale, dai circuiti logicidopo i convertitori A/D

C

S

2S

2C

VVarctgV

VVV

=∠

+=

Vc

Vs

V

Le operazioni sul segnale possono essere condotte scomponendolo nellecomponenti in fase e in quadratura (I/Q). L’operazione richiede il prodottocon due segnali di riferimento I/Q (seno e coseno).Dalle due componenti I/Q (Vc e Vs) possono essere ricavate facilmente leinformazioni di fase e ampiezza, quindi la tecnica è particolarmente adattaper modulazioni numeriche che operano su ampiezza e fase del segnale.


© 2003 DDC 30

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


© 2003 DDC 31

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


© 2003 DDC 32

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, …)


© 2003 DDC 34

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


© 2003 DDC 35

05-Mar-03 - 35 ETLCE - A0 - © 2003 DDC

Struttura di trasmettitore I/Q

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


© 2003 DDC 36

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


© 2003 DDC 37

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

I primi due punti, di carattere informativo e organizzativo, sono statipresentati nei cartelli precedenti. Iniziano ora i contenuti tecnici veri epropri.

Come primo passo identifichiamo le varie tipologie di amplificatori presentinel sistema di riferiemento.


© 2003 DDC 38

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.


© 2003 DDC 39

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


© 2003 DDC 40

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


© 2003 DDC 41

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

Elettronica delle telecomunicazioni - polito.it › ... › Lezioni › ETLCE3A0n.pdf · Il corso...

Documents

Transcript of Elettronica delle telecomunicazioni - polito.it › ... › Lezioni › ETLCE3A0n.pdf · Il corso...