UNIVERSIT DEGLI STUDI DI PAVIAFACOLT DI INGEGNERIA ELETTRONICAInterfaccia elettronica per lamplificazione e la selezione di segnali rilevati da fotodiodi velociRelatore: prof.ssa Carla VacchiCorrelatore: Dott. Daniele ScarpaElaborato di laurea diUgo Decanis

Scopo del progettoRealizzazione di uninterfaccia elettronica in grado di gestire la selezione di impulsi ottici generati da un laser funzionante in modalit mode-locking

Il progetto si inserisce allinterno di un pi ampio programma di ricerca ed stato svolto in collaborazione con il Laboratorio di Sorgenti Laser

IntroduzioneEsisteva gi un prototipo del circuito, realizzato in una fase precedente al periodo in cui ho progettato linterfacciaOttimizzare il funzionamento del prototipoInserimento di nuove funzionalit

Descrizione generale del sistemaCAVIT LASERINTERFACCIAFILTRO ACUSTO-OTTICO

Struttura del circuitoGainImpulsatoreSezione implementata dal circuito realizzato

Fasi della progettazione1) Simulazione dello stadio di amplificazione

2) Realizzazione dello stadio di amplificazione

3) Realizzazione dello stadio di selezione

Caratteristiche del segnale da amplificareDominio del tempo ( segnale emulato tramite simulazione )Dominio della frequenza

Simulazione dello stadio di amplificazionePunto di partenza della progettazione: scelta del componente adatto allamplificazione del segnale fotorilevato

Larga banda ( 1 GHz )

Slew-rate 5500 V/s

Simulazione dello stadio di amplificazioneLa fase di simulazione stata effettuata in base al comportamento del prototipo del circuito che ha mostrato la tendenza da parte dellAD8009 ad oscillare in determinate condizioniStudio del comportamento dellamplificatore operazionale nel dominio del tempo e della frequenza

Dominio della frequenzaLAD8009 retroazionato nella configurazione a buffer ha mostrato la presenza di poli complessi Il prototipo nelle stesse condizioni presentava instabilit

Sensibili differenze tra il comportamento simulato e quello reale

Dominio del tempoSchema di amplificazione utilizzato

Dominio del tempoRisultato della simulazione

Simulazione di non-idealit del circuitoRitardo sulla linea di retroazione

Carico capacitivo in uscita allAD8009

Ritardo sulla linea di retroazioneUn ritardo nell ordine del nanosecondo genera una sensibile diminuzione del margine di fase:

Carico capacitivo in uscita allAD8009Un carico capacitivo di 500 pF genera la presenza di poli complessiSoluzione consigliata dalla casa produttrice del componente

Realizzazione dello stadio di amplificazionePrima fase: progettazione dello stadio di guadagno

Realizzazione dello stadio di amplificazioneSeconda fase: realizzazione del layoutStadio di selezioneCollegamenti di retroazioneCollegamento di clock

Realizzazione dello stadio di amplificazioneImpossibilit di osservare luscita dello stadio di amplificazione con la sonda delloscilloscopio: i 20 pF della sonda generano oscillazione.Inserimento di una resistenza di 470 in serie al cappuccio della sondaViene sensibilmente filtrato il segnale amplificato

Realizzazione dello stadio di amplificazioneLuscita del secondo operazionale saturava.Inserimento di un trimmer allingresso del circuito per la variazione dellampiezza del segnale in ingresso.

Realizzazione dello stadio di selezioneMicrocontrollore PIC18F452Impulsatore programmabile DS1040

Programmazione del PIC

Utilizzo del compilatore JAL Programmazione tramite un linguaggio molto simile al codice CIl programma implementato, tramite un opportuno conteggio, genera unonda quadra su un uscita del PIC di frequenza inferiore rispetto al segnale di clock

Realizzazione dello stadio di selezioneImpulsatore programmabile DS1040

Segnale di pilotaggio del dispositivo a. o.Tramite un partitore viene generato il segnale richiesto dal dispositivo ottico: 1 V di ampiezza su una resistenza di ingresso di 50

ConclusioniL interfaccia realizzata ha mostrato una buona capacit di attuare le funzionalit ad essa richieste.

ConclusioniPossibilit di selezionare un unico impulso ottico calcolando il tempo di risposta del filtro e i ritardi sul cammino compiuto dal fascio laserOUT impulsatoreImpulsi di ingresso

Miglioramenti apportabiliRiguardano sostanzialmente lo stadio di amplificazioneProgettazione della sezione di guadagno tramite la teoria delle microonde ( adattamento delle piste e utilizzo di apposite basette )Utilizzo di componenti alternativi allAD8009 quali amplificatori di trans-impedenza

Grazie per lattenzione

Dire del Pic sovradimensionatoDire che il circuito stato provato sul laser