Il corso fornisce gli elementi necessari alla progettazione di sistemi analogici costituiti da sensori/trasduttori e da circuiti elettronici per l’elaborazione analogica dei segnali sia a banda larga che a banda stretta. I sistemi di riferimento sono quelli ad ultrasuoni e radar penetranti per il settore medicale e controlli non distruttivi.
TIETZE SCHENK "Electronic Circuits" Handbook for design and applications , 2nd Edition, Springer
- Dispense e presentazioni in formato elettronico
-Ultrawideband Radar, Applications and Design Edited by James D. Taylor - Published 2012 by CRC Press
2nd Edition
Obiettivi Formativi
conoscenza dei principali circuiti elettronici per elaborazione analogica dei segnali in sistemi complessi, con particolare riferimento alla strumentazione industriale e i sistemi di telecomunicazione
Prerequisiti
nessuno
Metodi Didattici
Lezioni frontali in aula, seminari di approfondimento tenuti da persone esperte provenienti dall'industria nazionale e internazionale e dal mondo della ricerca, esercitazioni di laboratorio
Altre Informazioni
Agli studenti organizzati in gruppi si propone un progetto da svilupparsi con Analog System Kit Lab di Texas Instruments. Alla fine del corso I gruppi presentano i loro progetti ai docenti e personale TI in una giornata conclusiva.
Modalità di verifica apprendimento
prova orale con verifica degli elaborati sulle esercitazioni di laboratorio
Programma del corso
Criteri generali della progettazione dei sistemi analogici con sensori.
Generalità sui sensori. Temperatura (Termistori, termocoppie) , linearizzazione della risposta di sensori (es. sensori di temperatura PTC/NTC), accelerometri MEMS capacitivi, estensimetri (resistivi), sensori piezoelettrici (pressione, microfoni).
Circuiti per interfacciamento dei sensori con strumentazione di misura:
Isolamento galvanico ottico o a trasformatore,
Amplificatori di isolamento di tipo ottico e a trasformatore
Amplificatore per Strumentazione (applicazione agli estensimetri/sensori temperatura)
Amplificatori di trans impedenza e di carica
Bus di controllo per sistemi analogici
SPI, I2C, RS232
Esempi di interfacciamento con microcontrollore
Circuiti e dispositivi per sistemi di elaborazione analogica dei segnali:
Amplificatori operazionali speciali:
Amplificatori a Chopper (applicazioni con termistori, rivelatori di fase)
Amplificatori a Singola alimentazione (single-supply)
Amplificatori Rail - to - Rail
Amplificatori a basso rumore (LNA)
Amplificatori a Guadagno variabile statico e dinamico (VGA , TGC, AGC)
Amplificatori a larga banda e tecniche di compensazione
Moltiplicatori analogici
Amplificatori di potenza lineari
Configurazioni per amplificatore in classe A,B, AB, D. Analisi e confronto delle caratteristiche: rendimento, impedenza di uscita, banda, distorsione armonica totale e di intermodulazione
Elettronica per sistemi ad ultrasuoni
Trasduttori ad ultrasuoni: principio di funzionamento e tecnologie costruttive
Generatori di impulsi ad elevata tensione.
Circuiti disaccoppiatori, tosatori: singola soglia, doppia soglia, tosatore simmetrico, esempio applicativo ai trasduttori ad ultrasuoni
Demodulatore sincrono analogico e digitale
Circuiti per l’estrazione dei segnali in fase e quadratura: esempio di catena per effetto Doppler ad ultrasuoni e per radar olografico.
Elettronica per sistemi radar penetranti
Analisi schemi a blocchi e della componentistica (VCO, rivelatore di inviluppo, mixer) dei radar penetranti a impulsi (UWB) e a banda stretta(FM/CW)
ESERCITAZIONI
1. Sistema di misura di temperatura differenziale con termocoppie
2. Caratterizzazione di un circuito per la misura di modi vibrazionali con accelerometri MEMS
3. Progetto di un sistema di misura della distanza ad ultrasuoni in aria
4. Progetto finale
SEMINARI
Sono previsti seminari da parte di Texas Instruments e da parte di docenti e ricercatori di altri istituti di ricerca italiani o stranieri.
Seminari su attività di ricerca dottorale
Seminario su applicazioni robotiche dei sistemi di scansione con radar olografico : principio di funzionamento dell'olografia a microonde, architettura del sistema robotico