Electronics for Telecommunications systems
Modulo Mod. Electronics for Telecommunications

Anno accademico 2024/2025 - Docente: Giuseppe PALMISANO

Risultati di apprendimento attesi

Il corso di Elettronica per le Telecomunicazioni tratta le soluzioni architetturali e circuitali dei front-end di radiofrequenza (RF) per i sistemi di comunicazione wireless, utilizzando le moderne tecnologie di integrazione VLSI. Il corso si propone di fornire le conoscenze relative alle architetture di maggiore interesse per i front-end RF nonché le tecniche elettroniche circuitali per  gli aspetti critici del processamento RF, che sono l’alta frequenza, l’alto guadagno, il basso rumore e l’elevata linearità.
Alla fine del corso lo studente acquisirà:

Conoscenza e comprensione 

Conoscenza di come è fatto e come opera un moderno transceiver di comunicazione dati per le più diffuse applicazioni wireless quali la telefonia mobile, le WLAN, le WSN, il bluetooth, ecc., e come esso si interfaccia da una parte all’antenna e dall’altra ai dispositivi di sensing e trasduzione.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione 

Capacità di progettazione dei principali blocchi di processamento RF (LNA, Mixer, oscillatori, PLL, ecc.) grazie all’acquisizione delle soluzioni implementative per questi circuiti e delle relative equazioni di progetto;

Autonomia di giudizio

Capacità di gestire ed completare le conoscenze sulle architetture dei front-end RF e sulle tecniche ellettroniche per realizzarle, essendo in grado, grazie al corso, di capire la letterettura specilistica sugli argomenti trattati;

Abilità comunicative

Capacità di comunicare e descrivere le conoscenze acquisite sui transceiver per le comunicazioni wireless, i relativi sottosistemi e blocchi base che li compongono, nonché le tecnologie utili alla loro realizzazione;

Capacità di apprendimento

Capacità di approfondire autonomamente lo studio dell'elettronica dei sistemi radio.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento si basa principalmente su lezioni frontali che verranno registrate sia in forma audio che scritta e rese disponibili per gli studenti in giornata. Qualora l'insegnamento venisse impartito a distanza o in modalità mista potranno essere introdotte alcune variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Prerequisiti richiesti

  1. Conoscenze di base di elettronica circuitale: stadi di amplificazione, stadio differenziale con carico resistivo, specchi di corrente, circuiti di polarizzazione;
  2. Conoscenza della risposta in frequenza e del diagramma di Bode;
  3. Conoscenze di base sui sistemi retroazionati e la stabilità in frequenza.

Frequenza lezioni

La frequenza sebbene non obbligatoria è fortemente raccomandata trattandosi di materia specialistica con contenuti non facilmente reperibili in un unico testo didattico.

Contenuti del corso

PROGRAMMA DEL CORSO

SISTEMI DI COMUNICAZIONE WIRELESS: front-end radio, front-end analogico di banda base, digital signal processing (DSP), front-end analogico per sensori e trasduttori.

PARAMETRI DI PRESTAZIONE DI UN FRONT-END RF: sensibilità, frequenza operativa, guadagno di tensione e di potenza, figura di rumore, parametri di linearità, rumore di fase, efficienza.

RUMORE NEI TRANSISTORI: sorgenti di rumore nei MOS e nei BJT, tensioni e correnti di rumore, rapporto segnale/rumore, figura di rumore.

TRASFORMAZIONE D’IMPEDENZA E ADATTAMENTO: il problema della trasformazione d’impedenza, proprietà delle reti reattive, adattamento, parametri di definizione dell’adattamento.

BLOCCHI FONDAMENTALI NEL PROCESSAMENTO RF: amplificatore a basso rumore (LNA), mixer semplice ed in quadratura, mixer a reiezione d’immagine, amplificatore a guadagno variabile (VGA), amplificatore a frequenza intermedia (IF), reti sfasatici, amplificatore di potenza (cenni).

ANELLO AD AGGANCIO DI FASE (PLL): parametri di prestazione (frequenza operativa, range di regolazione, rumore di fase, reiezione alle spurie, stabilità). Blocchi costitutivi del PLL: oscillatore di riferimento, rivelatore di fase/frequenza (PFD), charge pump, filtro di anello, oscillatore controllato in tensione (VCO), divisore di frequenza, applicazioni del PLL nei transceiver RF.

ARCHITETTURE DEI FRONT-END RF: conversione supereterodina, conversione omodina, conversione a bassa IF, conversione di tipo sliding IF.

Testi di riferimento

  1. B. Razavi, “RF Microelectronics”, Ed. Theodore S. R., Prentice Hall. 

    Teaching materials

    1.    Appunti del corsos;
    2.    Registrazioni delle lezioni.

    https://www.dropbox.com/scl/fo/r12uuvi8w5996ajw96whq/h?rlkey=gbhx3z65actuj3ma3ki0d0uue&dl=0

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
11. Sistemi di comunicazione di tipo wirelessLibro e materiale didattico su web
22. Parametri di prestazione di un front-end RFLibro e materiale didattico su web
33. Rumore nei transistoriLibro e materiale didattico su web
44. Trasformazione di impedenza ed adattamentoLibro e materiale didattico su web
55. Blocchi fondamentali nel processamento RFLibro e materiale didattico su web
66. Anello ad aggancio di fase (PLL)Libro e materiale didattico su web
77. Architetture dei front-end RFLibro e materiale didattico su web

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova orale tendente a verificare la maturità acquisita dallo studente sulla materia in generale nonché la conoscenza degli specifici argomenti trattati. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

L’esame valuterà:

  1. la pertinenza delle risposte rispetto alle domande; 
  2. la qualità dei contenuti delle risposte;
  3. la capacità di collegamento dei contenuti delle risposte; 
  4. la capacità di riportare esempi;
  5. la proprietà di linguaggio tecnico e la capacità espressiva. 

Nota

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento.

                                        

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

  1. Descrivere il ricevitore omodina evidenziandone vantaggi e limitazioni;
  2. Disegnare e commentare lo schema di un front-end RF supereterodina;
  3. Disegnare lo schema di un amplificatore a basso rumore e discuterne le principali equazioni di progetto;
  4. Disegnare e discutere lo schema di un PLL;
  5. Discutere le equazioni di progetto di un oscillatore controllato in frequenza (VCO);
  6. Parlare delle reti di trasformazione di impedenza di tipo lossless.
ENGLISH VERSION