Elettronica 2
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le basi matematiche per l'analisi dei segnali e del rumore elettronico, e per la comprensione delle tecniche di campionamento e di conversione analogico-digitale e digitale-analogica e del filtraggio digitale.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del semestre avrà acquisito:
1. le tecniche per l'analisi dei processi stocastici e la conoscenza dei modelli matematici per descrivere il rumore nei componenti elettronici;
2. la conoscenza del campionamento dei segnali, dell'effetto di aliasing e delle relazioni tra frequenza di campionamento e banda del segnale (teorema di Shannon);
3. la capacità di analizzare i circuiti a dati campionati usando la trasformata Zeta;
4. la conoscenza delle operazioni di conversione dei segnali, dal dominio analogico a quello digitale, e dal dominio digitale a quello analogico;
5. la conoscenza delle non idealità dei convertitori A/D e D/A e delle loro limitazioni, anche con riferimento ad esempi di circuiti di conversione;
6. la conoscenza dei filtri digitali e la capacità di analizzarli utilizzando i diagrammi di flusso e la trasformata Zeta;
7. la capacità di progettare un filtro tempo-discreto partendo dal prototipo tempo-continuo, e la relazione tra la risposta in frequenza del filtro tempo-continuo e la risposta in frequenza del corrispondente filtro tempo-discreto;
8. la conoscenza degli effetti della lunghezza finita della parola nei filtri digitali.
1. le tecniche per l'analisi dei processi stocastici e la conoscenza dei modelli matematici per descrivere il rumore nei componenti elettronici;
2. la conoscenza del campionamento dei segnali, dell'effetto di aliasing e delle relazioni tra frequenza di campionamento e banda del segnale (teorema di Shannon);
3. la capacità di analizzare i circuiti a dati campionati usando la trasformata Zeta;
4. la conoscenza delle operazioni di conversione dei segnali, dal dominio analogico a quello digitale, e dal dominio digitale a quello analogico;
5. la conoscenza delle non idealità dei convertitori A/D e D/A e delle loro limitazioni, anche con riferimento ad esempi di circuiti di conversione;
6. la conoscenza dei filtri digitali e la capacità di analizzarli utilizzando i diagrammi di flusso e la trasformata Zeta;
7. la capacità di progettare un filtro tempo-discreto partendo dal prototipo tempo-continuo, e la relazione tra la risposta in frequenza del filtro tempo-continuo e la risposta in frequenza del corrispondente filtro tempo-discreto;
8. la conoscenza degli effetti della lunghezza finita della parola nei filtri digitali.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Tutte le lezioni potrenno essere tenute anche in teledidattica.
Programma
1. Segnali e sistemi: Concetti fondamentali di teoria dei segnali.
2. Variabili aleatorie, processi stocastici e rumore: Richiami di teoria della probabilità; funzione cumulativa; densità di probabilità; momenti di una distribuzione di probabilità. Processi stocastici; stazionarietà; ergodicità; correlazione, autocorrelazione, densità spettrale di potenza. Rumore termico, rumore granulare, rumore 1/f .
3. Campionamento e trasformata Zeta: Campionamento; teorema di Shannon; aliasing. Circuito di Sample&Hold. Trasformata Zeta: definizioni e proprietà; risposta in frequenza nel dominio z; trasformazione dal dominio s al dominio z; stabilità nel dominio z.
4. Circuiti a capacità commutate: Capacità commutate; integratore a capacità commutate; strutture insensibili alle capacità parassite.
5. Filtri a tempo discreto: Filtri a media mobile; filtri autoregressivi; diagrammi di flusso e forme canoniche.
6. Quantizzazione: Conversione analogico-digitale e digitale-analogica; caratteristica ingresso-uscita di un convertitore ideale; errore di quantizzazione. Non idealità di un convertitore: errore di offset, errore di guadagno, errori di non linearità; non motonicità. Esempi di convertitori analogico-digitali e digitale-analogici.
7. Convertitori a sovracampionamento: Tecniche di sovracampionamento e noise-shaping; convertitori Σ∆.
8. Filtri digitali e Trasformata Discreta di Fourier: Filtri digitali; effetto della lunghezza finita di parola nei filtri digitali. Trasformata Discreta di Fourier e Fast Fourier Transform.
9. Cenni sulle tecnologie di fabbricazione dei circuiti integrati.
2. Variabili aleatorie, processi stocastici e rumore: Richiami di teoria della probabilità; funzione cumulativa; densità di probabilità; momenti di una distribuzione di probabilità. Processi stocastici; stazionarietà; ergodicità; correlazione, autocorrelazione, densità spettrale di potenza. Rumore termico, rumore granulare, rumore 1/f .
3. Campionamento e trasformata Zeta: Campionamento; teorema di Shannon; aliasing. Circuito di Sample&Hold. Trasformata Zeta: definizioni e proprietà; risposta in frequenza nel dominio z; trasformazione dal dominio s al dominio z; stabilità nel dominio z.
4. Circuiti a capacità commutate: Capacità commutate; integratore a capacità commutate; strutture insensibili alle capacità parassite.
5. Filtri a tempo discreto: Filtri a media mobile; filtri autoregressivi; diagrammi di flusso e forme canoniche.
6. Quantizzazione: Conversione analogico-digitale e digitale-analogica; caratteristica ingresso-uscita di un convertitore ideale; errore di quantizzazione. Non idealità di un convertitore: errore di offset, errore di guadagno, errori di non linearità; non motonicità. Esempi di convertitori analogico-digitali e digitale-analogici.
7. Convertitori a sovracampionamento: Tecniche di sovracampionamento e noise-shaping; convertitori Σ∆.
8. Filtri digitali e Trasformata Discreta di Fourier: Filtri digitali; effetto della lunghezza finita di parola nei filtri digitali. Trasformata Discreta di Fourier e Fast Fourier Transform.
9. Cenni sulle tecnologie di fabbricazione dei circuiti integrati.
Prerequisiti
Sono necessarie le conoscenze acquisite nel corso di Elettronica 1.
Metodi didattici
Insegnamento tradizionale, con lezioni in aula.
Materiale di riferimento
Dispense del docente disponibili sul sito Ariel.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste una prova orale, della durata di circa 45 min.
Nella prova orale, lo studente dovrà dimostrare la conoscenza degli argomenti trattati a lezione e la capacità di effettuare confronti e valutazioni critiche di differenti soluzioni circuitali.
Nella prova orale, lo studente dovrà dimostrare la conoscenza degli argomenti trattati a lezione e la capacità di effettuare confronti e valutazioni critiche di differenti soluzioni circuitali.
Docente/i