Elettronica per telecomunicazioni - areeweb.polito.it · “Elettronica per Telecomunicazioni”, le sue particolari caratteristiche, e propone indicazioni per il suo utilizzo in

Elettronica per Telecomunicazioni 20/08/2002

© 2002 DDC 1

20/08/2002 - 1 Elettronica per Telecomunicazioni

Elettronica per

telecomunicazioni

obiettivi, contenuti

organizzazione di» testo

» CD

» sito web

applicazione di riferimento


© 2002 DDC 2


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 del testo con questaapplicazione

Questa presentazione descrive l’organizzazione del testo“Elettronica per Telecomunicazioni”, le sue particolaricaratteristiche, e propone indicazioni per il suo utilizzo in un corso diElettronica applicata a livello universitario, con focalizzazione susistemi e circuiti per telecomunicazioni e sui sistemi per iltrattamento dell’informazione.

Al testo cartaceo è abbinato un CD-ROM; vengono presentateanche le sue caratteristiche, le modalità di impiego e i collegamenticon il testo cartaceo e vari siti web contenenti materiale didattico.

Il testo utilizza come applicazione di riferimento un sistemaricetrasmittente mobile (telefono cellulare, o interfaccia per LANwireless). In queste slide viene anche presentata brevementel’evoluzione dell’architettura di un ricevitore radio, i cui modulifunzionali sono descritti nei vari capitoli.

Il primo gruppo di slide presenta i contenuti e l’organizzazione per ilvolume cartaceo e il CD; le successive presentano alcuni aspettididattico-organizzativi, e l’ultimo gruppo il sistema di riferimento.


© 2002 DDC 3


Elettronica per Telecomunicazioni

• Il corso mira a sviluppare le capacità di progettoelettronico per applicazioni di telecomunicazioni

– a livello di sistema» definizione e analisi delle caratteristiche funzionali

» comportamento esterno dei moduli, interfacciamento

» criteri di scelta su catalogo

– a livello di circuiti» struttura interna dei moduli (architetture e circuiti)

» progetto dei moduli

» analisi degli errori

Il testo deriva dal corso di Elettronica delle Telecomunicazionitenuto presso il Politecnico di Torino dal 1976, centrato su variargomenti di elettronica applicata specifici per il settore delletelecomunicazioni, con taglio applicativo-progettuale. In questo arcodi tempo, data la rapida evoluzione del settore, sono stati più voltemodificati i contenuti del corso, e argomenti originariamenteconsiderati marginali o specialistici sono diventati conoscenze dibase necessarie per tutti i progettisti elettronici.

Il corso universitario e il testo abbinato hanno via via incorporatoquesti nuovi sviluppi, e questa edizione può essere considerata una“Elettronica applicata per le tecnologie dell’informazione”, conorientamento prevalente – ma non esclusivo – verso letelecomunicazioni.


© 2002 DDC 4


Prerequisiti

• Si presuppongono già acquisite le nozioni base dielettronica applicata e di comunicazioni;

– transistori bipolari e MOS: modelli e circuiti,

– amplificatori operazionali, sistemi con reazione in genere,

– circuiti digitali (porte, flip-flop, registri, contatori, …)

– analisi di segnali, spettri in frequenza, modulazioni.

• Per le esercitazioni di laboratorio:– esecuzione di semplici montaggi (o disponibilità dei circuiti

premontati)

– uso della strumentazione base (Oscilloscopio, generatori disegnale, multimetro)

– trattamento di dati sperimentali.

Questo testo presuppone familiarità con le nozioni di base dielettronica applicata: transistori bipolari e MOS, amplificatorioperazionali e circuiti con reazione, semplici circuiti logici,tecnologie base di integrazione.

Sono dati per acquisiti anche i concetti e metodi forniti nei corsi diteoria dei segnali: analisi spettrale, distribuzioni, modulazionianalogiche e numeriche.

La “guida didattica” introduttiva di ciascun capitolo indica di volta involta i prerequisiti più importanti per affrontare gli argomenti delcapitolo stesso.

Nelle esercitazioni di laboratorio si richiedono semplici montaggi el’esecuzione di misure tramite l’utilizzazione degli strumenti base,quali generatori di segnale, multimetri, oscilloscopio.

L’Appendice fornisce indicazioni generali sull’esecuzione delleesperienze e sulla stesura delle relazioni, ma è opportuno averseguito un precedente corso di elettronica applicata o di misure, perl’acquisizione dei primi elementi e l’addestramento di base sull’usodella strumentazione.


© 2002 DDC 5


Contenuti e organizzazione

– Amplificatori con transistori (Cap 1)» amplificatori accordati e oscillatori

– Amplificatori con Operazionali e Circuiti nonlineari (Cap 2)» amplificatori reazionati, filtri, mixer

– Circuiti ad aggancio di fase e PLL (Cap 3)» comportamento, realizzazioni con circuiti analogici e numerici

» esempi di applicazione

– Sistemi di conversione Analogico/Digitale/Analogico (Cap 4)» parametri, errori

» realizzazioni a componenti discreti e integrati

– Interconnessioni (Cap 5)» integrità di segnale, protocolli

Il volume comprende cinque capitoli, ciascuno dei quali dedicato aun argomento specifico, legati da un unico filo conduttore:l’esplorazione di un sistema radiomobile di generazione intermedia.

Questo sistema di riferimento offre una visuale più ampia rispetto aimoderni SDR (Software Defined Radio) e corrisponde alla maggiorparte degli apparati in uso e in produzione.

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, conparticolare attenzione alle tecniche usate per la codifica numericadella voce nei sistemi di telecomunicazione e ai convertitori ad altavelocità e dinamica richiesti nei sistemi “software defined radio”.

Il Capitolo 5 tratta le tecniche di interconnessione, sia per gli aspettidi integrità dei segnali sia di protocolli, argomenti legati allecomunicazioni “wireline” e comunque fondamentali per il progetto disistemi elettronici veloci e complessi.


© 2002 DDC 6


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 capitolo:– Guida didattica (prerequisiti, materiale didattico).

– Teoria

– Esempi di applicazione e di progetto

– Esercitazioni di laboratorio

Tutti gli argomenti iniziano con la descrizione e identificazionefunzionale (cosa fa un modulo, quali sono i parametri che nedefiniscono il comportamento esterno); successivamente si passaall’analisi circuitale (come è fatto il modulo, con la presentazionedelle diverse possibilità), per concludere con una discussione dellecause di errore e dei loro legami con gli elementi circuitali.

Questo metodo è stato scelto deliberatamente per riflettere unaprocedura di progetto, a livello di sistema e di modulo, di tipo top-down. Un sistema elettronico complesso non può essere progettato(o anche solo analizzato) come unico oggetto: è necessarioappoggiarsi a una gerarchia di livelli. Il livello più alto è unadescrizione comportamentale (cosa fa il sistema); questa viene poisuddivisa in una serie di funzioni di minore complessità (realizzateda moduli, per ciascuno dei quali devono essere indicate le modalitàoperative 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”possiamo meglio valutare e confrontare le varie scelte di progetto.


© 2002 DDC 7


Ruoli di carta, CD, web

• Testo cartaceo:ELETTRONICA PER TELECOMUNICAZIONIMcGraw Hill, 2002

– teoria, esempi, esercizi, guide di laboratorio

• CD-ROM allegato al testo– materiale complementare

• Sito web: http://Ateneonline.it/delcorso– sezione studenti:

materiale aggiuntivo direttamente utilizzabile

– sezione docente:materiale editabile e modificabile

In questa edizione il materiale cartaceo è affiancato da un CD Rom,in cui è possibile reperire materiale aggiuntivo e puntatori amateriale di vario tipo su siti web esterni.

Sul sito Ateneonline verranno via via inseriti aggiornamenti e altromateriale.


© 2002 DDC 8


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 diosservare gli effetti di variazioni dei parametri in moduli e circuiti. Glismart drawings sono utilizzabili dal docente per dimostrazioni visualiin aula e dagli studenti per condurre in modo autonomo esperimentivirtuali (che possono integrare ma non sostituire del tutto le realiattività di laboratorio).

Altri riferimenti sono ai siti di fabbricanti di circuiti integrati, chemettono a disposizione data sheet, note applicative e “tutorial” perapprofondimenti su argomenti specifici.


© 2002 DDC 9



• 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:

Inserendo il CD si apre automaticamente la videata iniziale nelbrowser preselezionato. Se questo non avviene lanciare index.htm

Il 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 deveessere presente Acrobat Reader.

Da ogni pagina (tranne i documenti terminali) si può saltaredirettamente:

- al sito McGraw-Hill (logo in alto a destra)

- alla pagina iniziale (secondo logo da destra,o freccia in camporosso)

- alla mappa testuale (freccia verde)


© 2002 DDC 10



• 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.


© 2002 DDC 11


Indice grafico - 1

• Schema a blocchi di un sistema radio di ricezione-trasmissione.

• Immediato riscontro applicativo per la maggior parte degliargomentitrattati.

• Il testo copreanche altriargomenti.

• Alcuni modulisono trattatiin altri corsi.

Il sistema di riferimento è un ricetrasmettitore, corrispondente (conqualche approssimazione) a un telefono cellulare o all’interfacciaradio di una rete wireless.

Permette un immediato riscontro applicativo per i moduli funzionalie i circuiti presentati nel testo.

La corrispondenza tra questo testo e il sistema scelto comeapplicazione di riferimento non è totale:

-Il testo copre le funzionalità individuabili in questo sistema, ma anche altri argomenti, principalmente legati alle comunicazioni wireline.

- Alcune parti del sistema (ad esempio l’antenna, o il controllo digitale) sono trattate in altri corsi e in altri testi.


© 2002 DDC 12


Indice grafico - 2

Portando il cursore suun modulo compareuna descrizionesintetica dellafunzione

(con Internet Explorer)

L’indice grafico è una mappa attiva.

I colori identificano le varie categorie di moduli funzionali.

Portando il cursore su un gruppo di moduli compare una descrizionesintetica della funzione (utilizzando Internet Explorer o altri browserche supportano layer).


© 2002 DDC 13


Indice grafico - 3

Cliccando sui modulicompare una nuovafinestra conspiegazione e guidadidattica del capitolocorrispondente

L’indice grafico è una mappa attiva.

Cliccando su un gruppo di moduli viene aperta una descrizioni piùdettagliata, comprendente le guide didattiche dei capitoli in cui sonotrattati argomenti attinenti.


© 2002 DDC 14


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 LinearTechnology) che permette di progettare e simulare ilcomportamento di vari tipi di filtri.

Altri simulatori possono essere scaricati dai collegamenti esterniindicati.


© 2002 DDC 15


Figure attive e simulatori - 2

• Esempio: risposta del II ordine

La figura attiva (smart drawing) è un simulatore grafico interattivo,che permette di osservare in tempo reale l'effetto di variazioni deiparametri di un sottosistema.

Visivamente si presenta con effetto analogo all'interazione construmenti in un laboratorio: ad esempio variando ampiezza efrequenza di un segnale di ingresso si osservano su unoscilloscopio gli effetti sull'uscita

A ogni figura attiva è abbinata una breve spiegazione, conindicazioni sulle combinazioni di parametri più significative (bottone“spiegazione” in alto a destra).

Nel CD sono presenti figure attive realizzate come applet java, e unsimulatore interattivo per linee di trasmissione realizzato in MatLab.Questo simulatore è stato preparato al Politecnico di Torino, nelcorso di Elettronica delle Telecomunicazioni, con il supporto delProgramma per il miglioramento di qualità della didattica - Facoltàdell’Informazione. Il simulatore è disponibile come eseguibile, quindinon richiede installazione o licenza dell’ambiente Matlab.


© 2002 DDC 16


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 un labetiquette» regole di comportamento locali

Le esercitazioni di laboratorio costituiscono parte integrante deicorsi a carattere progettuale come questo, e hanno come obiettiviprincipali:

• 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 misureeffettuate in laboratorio è possibile sia controllare che quanto siverifica in un circuito reale corrisponde a quanto presentato nellaparte “teorica” delle lezioni, sia evidenziare i limiti dei modellimatematici e circuitali, e quelle situazioni in cui le analisisemplificate effettuate nelle lezioni non sono valide.

Ogni esercitazione comprende una serie di misure sul circuitostesso, e la stesura della relazione, con analisi critica dei risultati.


© 2002 DDC 17


Collaborazione e lavoro di gruppo

• L’ingegnere lavora ramente da solo; organizzazione ecollaborazione sono parti importanti 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 modoefficace.

Uno degli obbiettivi delle attività di laboratorio è abituare al lavorocoordinato: l'esecuzione dell'esperienza e la stesura della relazionesono compiti collettivi di un gruppo di allievi.

L’esercitazione è calibrata in modo tale che i punti proposti possonoessere completati nel tempo assegnato solo suddividendo il lavorotra i componenti del gruppo, e organizzandolo in modo opportuno.

Nel caso sia richiesto un progetto, questo deve essere sviluppatoprima dell’esercitazione.


© 2002 DDC 18


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


• Descrivere i collegamenti del testo con questaapplicazione

A questo punto inizia la descrizione di una applicazione diriferimento o, più in generale, delle architetture di sistemi diricetrasmissione, in cui sono presenti buona parte degli argomentitrattati 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


© 2002 DDC 19


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”

• altre applicazioni di riferimento» connessioni/reti su filo

» problemi simili

» canale/parametri diversi

Gli argomenti trattati nel testo sono legati da un unico filoconduttore: l’esplorazione di un sistema radiomobile di generazioneintermedia (telefono cellulare GSM: un “telefono con l’antenna”,ormai quasi “vecchio”).

Si tratta di un sistema complesso, che comprende una ampiavarietà di moduli funzionali, e offre una visuale più ampia rispettoalle architetture più moderne tipo SDR (Software Defined Radio).Inoltre corrisponde alla maggior parte degli apparati in uso e inproduzione.

Questo sistema non esaurisce il contenuto del testo, che descrive eanalizza anche elementi presenti nei sistemi di comunicazioniwireline: tecniche e circuiti per trasferimento di segnali digitali adelevata velocità, separazione dati-clock, sincronizzazione, controllodi flusso.

Per iniziare una analisi della struttura verrà costruita passo passo lacatena di ricezione.


© 2002 DDC 20


Ricevitore elementare

Filtro, Amplificatore eDemodulatore a frequenzavariabile.

La sintonia si esegue spostandola frequenza di risonanza delfiltro fA.

Vu

ANT.

DEMOD.Va

f

fA

Questo è lo schema a blocchi della forma più semplice di ricevitore:un filtro isola il segnale a radiofrequenza desiderato, unamplificatore lo porta al livello opportuno, il demodulatore recuperal’informazione.

Per selezionare i vari segnali occorre cambiare le caratteristiche delfiltro.

Amplificatore e demodulatore devono operare su tutto il campo difrequenza richiesto


© 2002 DDC 21


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.Va

Vu

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 conil segnale generato da un oscillatore locale. L’uscita (FrequenzaIntermedia FI) ulteriormente filtrata e amplificata va aldemodulatore. La sintonia viene eseguita cambiando la frequenzadell’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.


© 2002 DDC 22


Introduciamo il digitale - 1

Molte applicazioni utilizzano datiespressi in forma numerica.

XO

Va

Vu

Amplificatore Fi(F fissa)

Demodulatoreanalogico

DEMOD. A/D


canale FI

I circuiti digitali presentano consistenti vantaggi rispetto a quellianalogici.

Il primo passo per introdurre strutture digitali nel ricevitore radioconsiste nell’inserire un convertitore A/D in coda alla catena: ilsegnale demodulato viene convertito in forma numerica.


© 2002 DDC 23


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

Va

Vu

Amplificatore Fi(F fissa)

A/D

Demodulatorenumerico

DEMOD.


canale FI

Per incrementare le funzioni svolte in forma numerica, il convertitoreA/D deve essere spostato verso la parte iniziale della catena.

Il demodulatore diventa così numerico.

Il convertitore A/D deve operare sul segnale a frequenzaintermedia.


© 2002 DDC 24


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 FI

Vu

A/D

Filtro FI e Demodulatorenumerici

DEMOD.Va

Un ulteriore passo consiste nel portare nella parte numerica anchele funzioni del filtro a Frequenza Intermedia.

La frequenza operativa del convertitore A/D rimane invariata;aumenta la complessità computazionale richiesta alla partenumerica.


© 2002 DDC 25


:

Demodulazione I/Q

• Catena di demodulazione I/Q:

-:

cos

sentsenVV

tcosVV

S

C

ω×=

ω×=r

r

Operazioni eseguitegeneralmente in analogica(moltiplicatori e filtri)

-

Operazioni eseguite indigitale, dai circuiti logicidopo i convertitori A/D

C

S

2S

2C

V

VarctgV

VVV

=∠

+=

r

r

Le operazioni sul segnale possono essere condotte scomponendolonelle componenti in fase e in quadratura (I/Q). L’operazione richiedeil prodotto con due segnali di riferimento I/Q (seno e coseno).

Dalle due componenti I/Q (Vc e Vs) possono essere ricavatefacilmente le informazioni di fase e ampiezza, quindi la tecnica èparticolarmente adatta per modulazioni numeriche che operano suampiezza e fase del segnale.


© 2002 DDC 26


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

Schema a blocchi di un ricevitore con conversione A/D a FrequenzaIntermedia, su due rami I/Q.

Filtro a FI e demodulatore sono numerici.

In questa struttura la maggior parte delle funzioni sono eseguite sulsegnale numerico, ma sono ancora presenti alcuni moduli analogici:l’oscillatore locale e i mixer.


© 2002 DDC 27


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

Il passo successivo consiste nello spostare la conversione A/Dulteriormente verso l’inzio della catena, in pratica unificando ilbattimento che produce il segnale FI con il campionamentonecessario per la conversione

In questo modo gli unici componenti analogici rimasti sono il filtro el’amplificatore di ingresso.

Il convertitore A/D opera direttamente sul segnale RF, e deve avereottime caratteristiche di velocità, dinamica, linearità.

L’oscillatore locale è direttamente comandato dalla parte numerica.

Le funzioni digitali possono essere svolte da circuiti dedicati(generalmente realizzati con logiche programmabili), o con unprocessore (DSP: Digital Signal Processor) controllato da unopportuno programma.

Tutti i parametri di funzionamento (frequenza del segnale ricevuto,caratteristiche del filtro FI, tipo di demodulazione) sono quindicontrollabili attraverso il programma del DSP.

Questa struttura è un esempio di SDR: Software Defined Radio.


© 2002 DDC 28


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

O

π/2

HW radio universale:Può cambiare frequenze, modulazioni,applicazioni (GSM, GPS, UMTS, …)

La struttura precedente può essere realizzata con canali sdoppiatiI/Q.

Questo schema è una piattaforma HW per ricevitore universale(entro i limiti di banda del filtro e dell’amplificatore di ingresso, e lecapacità di elaborazione della parte numerica).

A seconda del programma del DSP (sempre che questo dispongadella potenza di elaborazione richiesta), il sistema può operare susegnali con frequenza e tipi di modulazione differenti.


© 2002 DDC 29


Esempio di Struttura reale di RTX

Questo è uno schema a blocchi che comprende anche la parte ditrasmissione.

Lo schema rappresenta un telefono cellulare bibanda, realizzatocon componenti commerciali.

La struttura è con canali I/Q, e conversione A/D o D/A dopo lafrequenza intermedia.

Da notare la presenza di segnali differenziali in diverse parti, e lastruttura eterodina a doppia conversione sia in ricezione che intrasmissione.


© 2002 DDC 30


Dettaglio parte ricezione I/Q

Parte della catena di ricezione:- filtri, amplificatori, PLL, mixer- convertitori A/D- demodulatore numerico

Dettaglio della catena di ricezione; si notano:

- due ingressi a FI, provenienti da canali FI con bande diverse

- generatore del secondo oscillatore locale realizzato con sistemaPLL

- sfasatore per generare i segnali locali per i mixer I/Q

In questa sezione i segnali sono tutti differenziali.


© 2002 DDC 31


Struttura di trasmettitore I/Q

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

Dettaglio della catena di trasmissione; si notano (da destra versosinistra):

- due ingressi di segnale modulato I/Q

- generatore dell’oscillatore locale realizzato con sistema PLL, seguito dallo sfasatore I/Q

- secondo mixer e parte del relativo PLL.


© 2002 DDC 32


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

XX

MOD.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

Lo schema a blocchi è quello utilizzato per l’indice grafico; i modulipresentati nel testo sono:

Parte RF (RX e TX)

- LNA, PA, oscillatori, PLL, DDS, mixer, filtri

IF e banda base

- amplificatori FI, filtri demodulatori, convertitori A/D e D/A

Moduli digitali

- interconnessioni, integrità dei segnali, protocolli


© 2002 DDC 33


Prima lezione

• Fornire informazioni logistiche e organizzative


• Introdurre il primo argomento (Cap 1):Amplificatori a transistori

– dove sono presenti

– modello lineare/nonlineare

– come “rimediare” la nonlinearità» controreazione, circuiti accordati

– come utilizzare la nonlinearità» compressori, moltiplicatori, oscillatori

– parametri per l’applicazione di riferimento

I primi due punti, di carattere informativo e organizzativo, sono statipresentati nei cartelli precedenti.

Iniziano ora i contenuti tecnici veri e propri, con l’analisi degliamplificatori a transistori (Capitolo 1).


© 2002 DDC 34


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

XX

MOD.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

Capitolo 1 - Amplificatori

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

Il capitolo 1 tratta gli amplificatori ad ampio segnale e accordati;circuiti di questo tipo sono presenti nel front-end a RF di ricezione etrasmissione.

Documents

Elettronica per telecomunicazioni - areeweb.polito.it · “Elettronica per Telecomunicazioni”, le sue particolari caratteristiche, e propone indicazioni per il suo utilizzo in