Ingegneria Elettronica - Electronics Engineering

GIUSEPPE SCOTTI

ITA
GENERALI
Il corso tratta le tecniche principali di progettazione sistematica dei circuiti elettronici. Il nucleo essenziale del corso è la teoria della sintesi di circuiti lineari attivi tempo-continui e tempo-discreti. Vengono studiate le diverse tecnologie per l’implementazione di funzioni di trasferimento (filtri) e per la sintesi e la trasformazione di impedenza mediante circuiti attivi.
SPECIFICI
• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere le diverse tecnologie per l’implementazione di funzioni di trasferimento (filtri) e per la sintesi e la trasformazione di impedenza mediante circuiti attivi. Partendo dalle tecnologie classiche basate su amplificatori operazionali si approfondiranno le metodologie più moderne di progetto di circuiti attivi orientate all’implementazione su circuiti integrati CMOS. Nella parte finale del corso si tratterà l’implementazione di filtri digitali IIR e FIR.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare metodologie di progettazione di filtri attivi, capacità di eseguire l’intero flusso di progettazione dal livello di sistema, all’implementazione circuitale CMOS.
• Autonomia di giudizio: capacità di effettuare opportune scelte progettuali in funzione delle specifiche richieste, considerando anche i requisiti di area di silicio richiesta e consumo di potenza.
• Abilità comunicative: saper descrivere il flusso di progetto seguito giustificando le scelte effettuate ai vari passi di progetto, mediante opportuni calcoli o risultati di simulazione.
• Capacità di apprendimento: capacità di eseguire autonomamente un progetto assegnato dal docente in cui vengono applicati i principali concetti studiati nelle lezioni di teoria. Capacità di utilizzare i software CAD utilizzati durante il corso.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di condurre tutte le fasi della progettazione di filtri attivi analogici. Partendo dalle specifiche del filtro saranno in grado di individuare la tecnologia implementativa più conveniente per l’applicazione, di partizionare il circuito in sotto-moduli e di procedere al dimensionamento dei diversi moduli fino all’implementazione del circuito completo a livello di transistori MOS. Gli studenti saranno anche in grado di avvalersi di strumenti quali MATLAB e SPICE per eseguire le diverse fasi della progettazione.

Elettronica I e II, Teoria dei circuiti.

• Introduzione al corso (cenni storici e applicazioni).
• Realizzazione di funzione di trasferimento mediante circuiti RC attivi
• Implementazione di filtri con Amplificatori Operazionali
o Filtri del primo ordine e del secondo ordine
o Celle biquadratiche
 Single Amplifier Biquads (SAB): Sallen- Key (LP, HP), Deliyannis (BP,AP), Friend (Generalizzata).
 Biquad basate sull’anello con due integratori (KHN, Tow-Thomas, Tow-Thomas generalizzata)
 Sensibilità
 Effetto delle non idealità degli amplificatori operazionali
o Simulazione di immettenze
 Generalized impedante converters: NIC, PIC, Giratore, GIC di Anthoniou
• Implementazione di filtri di ordine elevato
o Criteri per la selezione del tipo di implementazione
o Cascata di biquadratiche: accoppiamento di poli e zeri, scelta della sequenza delle biquad nella cascata, distribuzione del guadagno del filtro nelle varie biquad.
o Simulazione di filtri LC bicaricati:
 Sostituzione delle induttanze con circuiti attivi
 Trasformazioni di impedenze basate su GIC
 Simulazione di tensioni e correnti nella maglia: Architettura “Leapfrog”
• Sintesi di Filtri in tecnologia Gm-C (Transconduttanza capacità).
o OTA e operazioni elementari (amplificazione e somma di tensioni, integrazione, simulazione di resistori, giratori).
o Funzioni del primo ordine in tecnologia Gm-C
o Celle biquadratiche in tecnologia Gm-C
 Biquad Gm-C basate sull’anello con due integratori: Biquad tunabili in wo a Q costante
 Biquad Gm-C basate su integratori con perdite: Biquad tunabili in wo e Q in maniera indipendente
 Non idealità degli integratori ed effetto sulle celle biquadratiche
o Strutture di integratori Gm-C completamente differenziali
 Integratori MOSFET-C
 Integratori Gm-OTA-C
o Filtri Gm-C basati sulla sostituzione dei componenti
o Architettura leapfrog in tecnologia Gm-C
o Topologie circuitali di transconduttori e tecniche di linearizzazione.
• Filtri basati sull'elaborazione in corrente
o Vantaggi dell’elaborazione in corrente
o Dualità tensione-corrente
o Biquad basate su amplificatori operazionali di corrente
o Blocchi funzionali realizzati con current conveyors
• Filtri a capacità commutate
o Principi fondamentali dell’approccio switched capacitor (SC)
o Integratori switched capacitor
o Filtri del primo e del secondo ordine.
• Filtri Digitali
o Filtri IIR basati sulla trasformazione bilineare;
o Filtri FIR basati sul troncamento della risposta impulsiva e sull’utilizzo di “finestre”;
• Esercitazioni applicative al calcolatore e in laboratorio

• M. Balsi, "Teoria dei Circuiti Elettronici", Siderea, Roma, 2002
• T. Deliyannis et Al. “Continuous Time Active Filter Design,” CRC PRESS 1999.
• L. Thede “Practical Analog and Digital Filters Design,” Artech House 2004.
• Appunti e lucidi del corso disponibili presso il docente

Didattica Frontale ed esercitazioni al calcolatore.

La frequenza è facoltativa anche se fortemente consigliata.

Valutazione Progetto + esame orale

Progetto di un filtro antialising in tecnologia Gm-C