Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Elettroni nei solidi, Semiconduttori, Modelli del trasporto di carica, Studio delle distribuzioni non uniformi di droganti, Contatto Metallo-Semiconduttore, Processi di ricombinazione e generazione, Giunzione PN, Dispositivi a resistenza differenziale negativa, Transistor a giunzione, Heterojunction bipolar transistor, Sistema Metallo-ossido-silicio, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MESFET ed HEMT.Introduzione ai sensori; circuiti per sensori resistivi e capacitivi; sensori di temperatura: termistori, circuiti PTAT; effetti termoelettrici, applicazioni e circuiti. Sensori di campo magnetico: sonde Hall, magnetoresistenze, AMR e GMR, fluxgate. Sensori ottici: interazioni radiazione materia, radiazione di corpo nero, fotoconduttori e fotodiodi, fotomoltiplicatori, rivelatori di immagini, sensori IR: bolometri, piroelettrici. Sensori meccanici: sensori di posizione, strain gauges, accelerometro, sensore micromeccanico, cenni di micromeccanica del silicio, giroscopio integrato, sensori di pressione, sensori di flusso.

– Richiami sulla propagazione guidata delle onde elettromagnetiche, linee di trasmissione, parametri caratteristici. Abaco di Smith e parametri di diffusione.
– Adattamento a banda stretta di un carico a microonde, utilizzando reti concentrate e distribuite. Cenni sull’adattamento a banda larga.
– Parametri caratteristici di un amplificatore a microonde: guadagno, adattamento, cifra di rumore, minimo segnale rivelabile, stabilità, potenza di uscita, distorsione.
– Definizioni di guadagno: di inserzione, disponibile, in potenza, di trasduzione, MAG. Adattamento simultaneo coniugato, condizioni necessarie e sufficienti. Cerchi a guadagno costante. Condizioni di stabilità per circuiti a microonde, stabilità condizionata e parametri di progetto.
– La progettazione di amplificatori lineari di guadagno: reti di adattamento, reti di polarizzazione, stabilizzazione. Cenni alla realizzazione del circuito in tecnologia ibrida e monolitica.
– Il rumore ad alta frequenza: definizioni dei parametri esterni e progettazione di amplificatori a basso rumore.
– Progettazione di amplificatori multi-ottava: amplificatore distribuito e amplificatore bilanciato.
– Criteri di stabilità per reti a due porte lineari applicati alle condizioni di oscillazione e di innesco. Metodologie di progettazione per oscillatori a microonde : risonatori, dispositivi e cenni realizzativi.
– Dispositivi a Vuoto. Principi di funzionamento. Effetto Termoelettrico. Diodi, triodi, tetrodi, pentodi, dispositivi a vuoto ad alta frequenza e loro principi di funzionamento.

Emissione termoionica
Diodo a vuoto
Dispositivi a vuoto a modulazione d'intensita'
Dispositivi a vuoto a modulazione di velocita'
Strutture ad onda lenta
Dispositivi a vuoto ad interazione distribuita
Magnetron
Inductive Output Tube

Dispense fornite dal docente.

PRINCIPALI TEMI TRATTATI

Fibre Ottiche: Principi della propagazione di luce guidata. Parametri fondamentali delle fibre ottiche. Tipi di fibre. Modi di propagazione. Dispersione ed attenuazione nelle fibre. Caratterizzazione di fibre ottiche. Tecniche di fabbricazione.

Materiali Semiconduttori: Concetti di base sui materiali semiconduttori. Processi di diffusione e ricombinazione. Fondamenti del trasporto di carica. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Cenni su giunzioni p-n e diodi p-i-n. Eterostrutture: proprietà di base ed applicazioni.

LED (Light Emitting Diode): Emissione spontanea. Spettro della radiazione di ricombinazione. Efficienza quantica. Modulazione della radiazione ottica. Principi di funzionamento di LED. Applicazioni dei LED.

LASER: Emissione stimolata. Principi dell'azione laser. Proprietà della radiazione laser. Guadagno ottico in semiconduttori. Rate equations per Laser a semiconduttori.

Rivelatori Ottici: Assorbimento intrinseco ed efficienza quantica. Fotorivelatori a diodo p-i-n. Fotorivelatori a valanga (APD). Fotorivelatori ad eterogiunzione.

Modulazione della Radiazione Ottica

Sistemi di Comunicazione Ottica: Comunicazione ottica guidata. Esempi di progetti per sistemi di comunicazione ottica.

Materiale Didattico:
- Di Carlo, Lugli - "Appunti di Optoelettronica, I materiali Semiconduttori" - Aracne.
- A. Yariv - "Optical Electronics in modern Communications" - Oxford University Press.
- Reale, Di Carlo, Lugli - "Appunti di optoelettronica, Fibre ottiche e componenti a semiconduttore" - Aracne.

Testi consigliati:
A. Reale, A. Di Carlo, P. Lugli; "Fibre ottiche e componenti optoelettronici" - Aracne
A. Di Carlo, P. Lugli; "Appunti di Optoelettronica: Materiali Semiconduttori" - Aracne
Optical Communication System, J. Gowar - Prentice Hall
Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh and M.C. Teich - Wiley

Introduzione.
Circuiti e layout.
Teoria del transistor CMOS.
Analisi statica e risposta ai transitori.
Potenza dissipata.
Simulazione SPICE.
Progetto di circuiti combinatori.
Famiglie circuitali.
Progetto di circuiti sequenziali.
Design for testability.
Scaling, aspetti economici.
Le problematiche nei circuiti.
Sommatori.
Unità funzionali datapath.
SRAM.
CAM, ROM, PLA.
Packaging, potenza e clock.
PLL e DLL.
Circuiti di I/O.
Un caso di studio.

Libro: CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective 4th edition

Autore: Neil H. E. Weste, David Money Harris

Approssimazione con funzioni razionali. Funzioni di Butterworth, Chebychev, Chebychev inverso, razionali di Chebychev. Trasformazioni. Approssimazione di fase. Funzioni di Thomson. Funzioni ritardo. Reti passa-tutto.Funzioni di Sensibilità. Sensibilità multiparametrica. Sensibilità di reti a scala. Sensibilità dei coefficienti, poli. Teorema bilieare per la funzione di rete. Calcolo della sensibilità con la rete aggiunta.Proprietà delle reti LC. Sintesi di reti LC: Foster, Cauer. Rimozione dei poli all'infinito. Rimozione dei poli nell'origine. Reti semplicemente caricate. Spostamento degli zeri nella sintesi di funzioni di trasferimento. Reti a scala doppiamente caricate (cenni). Tabelle per il progetto di filtri.Filtri attivi RC a singolo amplificatore. Filtri biquad : Filtri di Sallen-Key a guadagno finito ed infinito.Filtri attivi RC nulti-amplificatore : Filtri a variabili di stato. Filtro di Tow-Thomas, Akeberg-Mossberg. Filtro attivo universale. Amplificatori Operazionali a Transconduttanza (OTA). Filtri OTA-C.Metodi diretti : GIN, GIC, Induttanze simulate, Resistori negativi dipendenti dalla frequenza (FDNR). Filtri Leapfrog. Filtri a condensatori commutati.Reti in current-mode: Current Conveyor. Trasformazione di circuiti voltage-mode/current-mode. Amplificatori operazionali in corrente (OCA).

1) Discretizzazione e controllo a tempo discreto.

- Introduzione della classe di sistemi lineari stazionari a tempo discreto.

- Richiami alla trasformata Zeta. Calcolo delle soluzioni delle equazioni alle differenze tramite la trasformata Zeta.

- I modi naturali dei sistemi a tempo discreto. Definizione di stabilità semplice ed asintotica per i sistemi a tempo discreto.

- Condizioni necessarie e sufficienti per la stabilità in base alle proprietà degli autovalori.

- Stabilizzazione di
un sistema a tempo discreto tramite assegnazione degli autovalori (richiamo
alle formule di Ackermann). I sistemi FIR.

-Discretizzazione di un sistema a tempo continuo. Proprietà del sistema discretizzato rispetto al tempo di campionamento. Fenomeno dell’aliasing. Filtri antialiasing.

2) Controllo robusto di sistemi stabili e a fase minima.

- Controllori PID:
predisposizione dei parametri mediante procedimenti basati sul comportamento al limite di stabilità. (primo metodo di Ziegler e Nichols).

- Scelta dei parametri tramite la conoscenza della funzione di trasferimento del modello. (secondo metodo di Ziegler e Nichols). Classi di sistemi controllabili da PID.

- I sistemi lineari caratterizzati da traiettorie da inseguire e/o disturbi da rigettare, nel caso in cui entrambi i tipi di segnali sono generati da un ‘esosistema’ lineare.
Soluzione tramite il principio del modello interno: il regolatore di Francis.

- Controllo robusto. Formula di sensitività. Primo e secondo Teorema di Bode.

3 Linearizzazione e controllo robusto di sistemi linearizzati.

- Linearizzazione.
Teorema di approssimazione Lineare.

- Teoria della stabilità di Lyapunov. la stabilità di un sistema lineare mediante funzioni quadratiche di Lyapunov.

- Controllo ottimo H-infinito.
Sintesi di un controllore sub-ottimo mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

- Filtro di Kalman.
Calcolo dei parametri del filtro mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

Compensazione e effetto di ritardi. Predittore di Smith.

4) Reti neurali per il controllo.

- Introduzione alle
reti neurali artificiali ispirate alle reti biologiche di neuroni. Modelli matematici dei neuroni artificiali. Il percettrone secondo McCulloch e Pitts.

- Tipi di funzioni di attivazione. Reti neurali come grafi orientati. Architetture di Rete.

- Reti neurali multistrato di percettroni (MLPN). Derivazione dell'algoritmo di 'back­propagation' introdotto da Werbos.

- Dimensione dell'insieme di training.
Criteri di inizializzazione. Criteri di arresto.

- Validazione incrociata. Generalizzazione. Velocità di apprendimento. Metodi per migliorare le prestazioni dell' algoritmo di 'back -propagation'.

- Reti neurali a base radiale (RBFN) ad uno strato. Definizioni e proprietà. Approssimazione 'off-line' di funzioni nonlineari tramite RBFN i cui centri sono fissati apriori.

- Il teorema di approssimazione universale per reti RBFN.

- Confronto tra reti MLPN e RBFN.

- Algoritmi a tempo continuo di addestramento 'on-line' di reti RBFN con parametri lineari variabili e centri costanti, nell'ambito della teoria dell'osservazione adattativa.

5) Uso di Matlab e Simulink per analisi e sintesi dei sistemi dinamici.

- Richiami al software MATLAB.

- Introduzione al pacchetto 'neural networks toolbox' per l'addestramento di reti neurali MLPN e RBFN.

- Introduzione al 'tool' 'simulink' per la simulazione di sistemi di equazioni differenziali a tempo continuo e alle differenze a tempo discreto.

- Simulazione e progetto del controllo di temperatura per uno scambiatore di calore industriale.

Il corso di Elettronica Organica e Biologica ha lo scopo principale di dare allo studente le basi dei dispositivi optoelettronici e della tecnologia basati su semiconduttori organici. Inoltre, parte del corso introdurrà le tecnologie optoelettroniche utilizzate nell’industria della bioinformatica per la rivelazione o sequencing genetico.
La tecnologia dell’optoelettronica organica si basa su nuovi materiali semiconduttori basati su composti del carbonio come molecole organiche o polimeri. Questi materiali possono essere sintetizzati in modo da controllarne diverse proprietà semiconduttive utili per applicazioni come la luminescenza (LED), il trasporto e la mobilità di carica (transistor), l’assorbimento di luce (photodiodi e celle fotovoltaiche), e la modulazione di tali proprietà dovute a sollecitazioni esterne (es. sensori di gas e pressione). Inoltre questi materiali non solo hanno una flessibilità meccanica intrinseca ma hanno anche la possibilità di essere depositati su larga area mediante semplici tecniche di evaporazione (per piccole molecole) o di stampa (per i polimeri solubili in solventi organici) come l’ink jet printing o la serigrafia sia su substrati rigidi che flessibili. È per questo che tale tecnologia è anche conosciuta come “plastic” o “printed” elettronics.
Dopo una introduzione alla chimica organica e alla descrizione quantistica delle molecole e dei composti organici, il corso esplicherà il funzionamento e le architetture dei dispositivi optoelettronici a semiconduttori organici, in particolare gli Organic (o Polymer) Light Emitting Diodes (OLED, PLED), Organic Thin Film Transistors (OTFT), Organic Solar Cells (OSC), Dye Solar Cells (DSC), sensori organici e dispostivi piezoelettrici. Successivamente si studierà il funzionamento, la progettazione e le tecniche realizzative di applicazioni in via di sviluppo basate su questi dispositivi come i Flat Panel Displays OLED (oggi già in commercio come schermi di MP3 players e telefoni cellulari), la carta elettronica (E-Paper- con il case study della Plastic Logic Ltd), chip RFID, Sensori di gas o di pressione, photodetector arrays e moduli fotovoltaici.
Vi sarà una parte del corso dedicata ad esperienze in laboratorio dove verranno investigati i metodi di indagine sperimentale per la caratterizzazione dei materiali organici (caratterizzazione morfologica, ottica e elettrica), dei dispostivi e delle applicazioni (display OLED e Celle Solari DSC). Inoltre lo studente porterà avanti la costruzione di celle DSC e la loro caratterizzazione IV: sotto simulatore solare per estrarne i parametri fondamentali (es efficienza di conversione) oppure sotto luce monocromatica per lo studio dell’efficienza quantica esterna del dispositivo.
Una parte del corso verterà sui dispositivi e sui sistemi optoelettronici per il gene detection o rilevazione genetica. Dopo una breve introduzione sui concetti basilari della biologica molecolare, verrà introdotta la Green Fluorescent Protein (GFP) che viene usata come marker o come rilevatore di processi metabolici o genetici all’interno di cellule o organismi. Il corso poi mostrerà come vengono progettati, costruiti e utilizzati (usando come case study il caso della fibrosi cistica) i gene chip arrays mediante o tecniche fotolitografiche (case study Affymetrix) o tecniche come l’ink jet printing. Il corso investigherà la bioluminescenza e come tali processi naturali (come quello della lucciola) sono stati utilizzati per progettare e costruire tra i sistemi più potenti oggi per fare rilevazione di DNA (come quelli basati sul pyrosequencing).
L’elettronica organica (anche conosciuta come “stampata” o “plastica”) sta conoscendo un grosso sviluppo a livello internazionale ed è stata identificata dagli organi della Comunità Europea come molto importante (e su cui investire) in quanto l’Europa è già all’avanguardia in questo settore. Alcune applicazioni sono già in commercio (come gli OLED nei telefoni cellulari) ed altre (E-Paper, DSC) sotto sviluppo in linea pilota di varie realtà industriali europee. La parte sui dispositivi optoelettronici per la rivelazione di geni o DNA si colloca anch’esso in un settore dagli ampi sviluppi futuri come la parte hardware della bio-informatica. Questo corso darà allo studente gli strumenti necessari per capire il funzionamento dei dispostivi e come vengono progettate le applicazioni in questi due settori in forte crescita a livello internazionale.

http://www.optolab.uniroma2.it/teaching/elettronica-organica-e-biologica/97-programma-del-corso.html?showall=&limitstart=

Dispense
prof. T. Brown

Semiconduttori di potenza.
Semiconduttori impiegati nei convertitori statici (Diodi, BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori, GTO). Caratteristiche statiche. Comportamento transitorio. Componenti particolari. Perdite in conduzione e in commutazione. Specifiche fornite dal Costruttore. Comportamento termico. Protezioni. Circuiti di pilotaggio.
Convertitori statici di potenza.
Caratterizzazione dei Convertitori statici (Monodirezionali e Bidirezionali). Metodi di analisi dei convertitori statici. Convertitori c.c.-c.c. (Chopper). Convertitori monodirezionali riduttori ed elevatori. Perdite dovute alle commutazioni. Riduzione delle perdite di commutazione. Modello average. Tecniche di modulazione. Controllo a catena aperta della tensione di uscita. Controllo di tensione e di corrente a catena chiusa. Convertitori c.c.-c.c. bidirezionali a due ed a quattro quadranti. Struttura a ponte ed a semiponte. Convertitori c.c.-c.a. (Inverter). Inverter realizzati con interruttori statici in configurazione a ponte ed a semiponte. Riduzione del contenuto armonico della tensione di uscita. Variazione dell'ampiezza della tensione di uscita. Tecniche di modulazione. Inverter con uscita trifase. Convertitori c.a.-c.c.: Convertitori alimentati da rete monofase (a semionda e ad onda intera). Convertitori alimentati da rete trifase. Convertitori bidirezionali.
Effetti sulla rete di alimentazione. Fattore di potenza generalizzato. Miglioramento del fattore di potenza. Convertitori connessi in serie. Convertitori c.a.-c.c. monofase e trifase a commutazione forzata connessi alla rete di alimentazione: topologie, controllo di tensione e di corrente.
Convertitori c.a.-c.a. Convertitori monofase a controllo di fase. Cenno ai Cicloconvertitori e ai convertitori a matrice. Convertitori pluristadio. Convertitori risonanti.
Applicazioni dell'elettronica di potenza.
Gruppi statici di continuità (UPS). Strutture degli UPS. Modalità di funzionamento. Gruppi a commutazione rapida e gruppi sempre in presa. Alimentazione di un carico trifase. Ridondanza.
Fonti di energia rinnovabili. Produzione di energia elettrica con celle solari. Caratterizzazione delle celle solari. Scelta del punto di lavoro a massima potenza. Algoritmi per l'inseguimento del punto a massima potenza (MPPT). Tipi di sistemi fotovoltaici: sistemi autonomi, connessi alla rete e ibridi. Sistemi di produzione fotovoltaici. Alimentazione dei satelliti. Generalità sugli azionamenti elettrici. Motori in corrente continua. Azionamenti con motore in corrente continua.

Dispositivi e Sistemi per l'Energia

Richiami interazione luce-semiconduttore:

processi di assorbimento

Fotovoltaico

introduzione ai sistemi fotovoltaici
realizzazione di dispositivi di nuova generazione
tecniche di misura
stabilità e certificazione
strategie di frontiera

Termoelettrici

Introduzione
Parametri caratteristici
Caratterizzazione in laboratorio

Cenni su Eolico, Idroelettrico, Biomasse

Introduzione
Sistemi mini-eolici, Mini-idroelettrico
Generalità sulle biomasse

Accumulo

L'accumulo di energia: le batterie
Parametri funzionali
Metodologie di realizzazione e caratterizzazione

Efficienza Energetica

Introduzione all'efficienza energetica

Efficienza energetica per illuminazione

Richiami interazione luce-semiconduttore: processi di ricombinazione
LED: Sorgenti ottiche ad alta efficienza energetica
- Materiali e soluzioni tecnologiche, efficienza quantica, caratteristiche spettrali
- Caratterizzazione di LED come sorgenti ottiche: la misura di spettro di emissione con uscita analizzatore di spettro ottico e le caratteristiche P-I
- Misure di colorimetria
Progettazione di sistema integrato di illuminazione (sorgenti, generatori accumulo)

Efficienza energetica nei dispositivi: il thermal management

Materiali
Packaging
Caratterizzazione della dissipazione termica
Affidabilità nei dispositivi

Efficienza energetica per le comunicazioni

Introduzione
Dispositivi ad alta efficienza per le comunicazioni
Esempi di sistemi di comunicazione ad alta efficienza (PON, FreeSpace Optics, etc)

Smart grid

Introduzione
Cenni sulla gestione delle reti per l'energia


Efficienza energetica nei processi tecnologici

Introduzione
Principi di funzionamento dei vari tipi di laser applicati all'industria
Laser processing per materiali e dispositivi

Progettazione di sistemi integrati hardware/software per la misura

LABVIEW ACADEMY

ESERCITAZIONI
1) Fabbricazione e caratterizzazione di celle solari

celle solari polimeriche
misure elettriche
IPCE: misura dell'efficienza quantica esterna
spettrofotometro: assorbanza
2) Materiali e dispositivi termoelettrici

Celle Peltier ed effetto Seebeck
3) Batterie

monitoraggio e diagnosi
4) LED

spettri di emissione
caratteristiche I-V e P-V
colorimetria
5) Analisi della dissipazione termica in dispositivi di potenza

correlazione temperatura - spettro di assorbimento
Misura del coeff. di assorbimento mediante Fotoconduttanza
Applicazione all'analisi termica dei dispositivi
6) Dispositivi ottici per sistemi di tlc ad alta efficienza

rigenerazione ottica: amplificatori ottici SOA ed EDFA
risagomatura: Modulatori
Mode locking
Effetti non lineari ed applicazioni: sistemi 3R (Rigenerazione, Reshaping, Retiming)
7) Laser processing e celle solari

Processi di lavorazione laser per celle solari
8) Automazione delle misure: LABVIEW

Ambiente Labview
Applicazione: sviluppo di interfaccia di strumento virtuale
CLAD 1
CLAD 2

Testi consigliati:
- Ebeling, “Integrated Optoelectronics”, Sprinter Verlag, Berlino
- Reale, Di Carlo, Lugli “Appunti di Optoelettronica, vol.1, Fibre Ottiche e Componenti a Semiconduttore”, Aracne Editrice, Roma
- Di Carlo, Lugli “Appunti di Optoelettronica, vol.2, “I Materiali Semiconduttori”, Aracne Editrice, Roma
- Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Edited by Antonio Luque and Steven Hegedus, WILEY

Fabbricazione e caratterizzazione di celle solari.
Celle solari polimeriche. Misure elettriche. IPCE. Misura dell'efficienza quantica esterna. Spettrofotometro. Assorbanza.
Materiali e dispositivi termoelettrici.
Celle Peltier ed effetto Seebeck.
Batterie.
Monitoraggio e diagnosi.
LED.
Spettri di emissione. Caratteristiche I-V e P-V. Colorimetria.
Analisi della dissipazione termica in dispositivi di potenza.
Correlazione temperatura - spettro di assorbimento. Misura del coeff. di assorbimento mediante foto conduttanza. Applicazione all'analisi termica dei dispositivi
Dispositivi ottici per sistemi di tlc ad alta efficienza.
Rigenerazione ottica. Amplificatori ottici SOA ed EDFA. Risagomatura. Modulatori. Mode docking.
Effetti non lineari ed applicazioni. Sistemi 3R (Rigenerazione, Reshaping, Retiming).
Laser processing e celle solari.
Processi di lavorazione laser per celle solari.
Automazione delle misure LABVIEW.
Ambiente Labview. Applicazione. Sviluppo di interfaccia di strumento virtuale. CLAD 1. CLAD 2.

http://www.optolab.uniroma2.it/teaching/laboratorio-di-dispositivi-e-sistemi-per-energia-e-efficienza-energetica/117-programma-del-corso.html

Testi consigliati:
- Ebeling, “Integrated Optoelectronics”, Sprinter Verlag, Berlino
- Reale, Di Carlo, Lugli “Appunti di Optoelettronica, vol.1, Fibre Ottiche e Componenti a Semiconduttore”, Aracne Editrice, Roma
- Di Carlo, Lugli “Appunti di Optoelettronica, vol.2, “I Materiali Semiconduttori”, Aracne Editrice, Roma
- Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Edited by Antonio Luque and Steven Hegedus, WILEY

Introduzione nel concetto dell'energia fotovoltaica

Proprietà dell'emissione solare
L'energia fotovoltaica in confronto con altre fonti di energia
L'efficienza teorica di una cella fotovoltaica. Limite termodinamico

Materiali e celle fotovoltaiche

Materiali per applicazioni fotovoltaiche.
Celle basate su Silicio: architetture, principi, limiti funzionamento, tecnologia
Celle a film sottile: Silicio amorfo, CIS/CIGS, CdTe
Celle a multigiunzione: applicazioni spaziali, a concentrazione
Fotovoltaico innovativo: celle DSC, celle organiche
Caratteristica corrente-tensione della cella solare
La risposta spettrale
Tecniche ottiche ed optoelettroniche per la caratterizzazione di materiale per il fotovoltaico
Circuito equivalente di una cella fotovoltaica
Simulazione di celle e sistemi fotovoltaici
Processi di ricombinazione e tecniche di passivazione
Fotovoltaico di III generazione

Circuiti elettronici per il fotovoltaico

MPPT-Tracking, Stabilizzatori di tensione, Circuiti di carica per batterie, Inverter, diodi Blocking e diodi Bypass

Progettazione di sistemi fotovoltaici

Perdite energetiche
Balance of system
Utilizzo di programmi per la progettazione fotovoltaica

Testi consigliati:
- Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Edited by Antonio Luque and Steven Hegedus, WILEY
- The Physics of Solar Cells, J. Nelson, IMPERIAL COLLEGE PRESS
- Physics of Solar Cells, from Principles to New Concept, P. Wurfel, WILEY-VCH
- Applied Photovoltaics, S.R. Wenham, EARTHSCAN
- Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion, M.A. Green, SPRINGER

Elettroni nei solidi, Semiconduttori, Modelli del trasporto di carica, Studio delle distribuzioni non uniformi di droganti, Contatto Metallo-Semiconduttore, Processi di ricombinazione e generazione, Giunzione PN, Dispositivi a resistenza differenziale negativa, Transistor a giunzione, Heterojunction bipolar transistor, Sistema Metallo-ossido-silicio, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MESFET ed HEMT.Introduzione ai sensori; circuiti per sensori resistivi e capacitivi; sensori di temperatura: termistori, circuiti PTAT; effetti termoelettrici, applicazioni e circuiti. Sensori di campo magnetico: sonde Hall, magnetoresistenze, AMR e GMR, fluxgate. Sensori ottici: interazioni radiazione materia, radiazione di corpo nero, fotoconduttori e fotodiodi, fotomoltiplicatori, rivelatori di immagini, sensori IR: bolometri, piroelettrici. Sensori meccanici: sensori di posizione, strain gauges, accelerometro, sensore micromeccanico, cenni di micromeccanica del silicio, giroscopio integrato, sensori di pressione, sensori di flusso.

– Richiami sulla propagazione guidata delle onde elettromagnetiche, linee di trasmissione, parametri caratteristici. Abaco di Smith e parametri di diffusione.
– Adattamento a banda stretta di un carico a microonde, utilizzando reti concentrate e distribuite. Cenni sull’adattamento a banda larga.
– Parametri caratteristici di un amplificatore a microonde: guadagno, adattamento, cifra di rumore, minimo segnale rivelabile, stabilità, potenza di uscita, distorsione.
– Definizioni di guadagno: di inserzione, disponibile, in potenza, di trasduzione, MAG. Adattamento simultaneo coniugato, condizioni necessarie e sufficienti. Cerchi a guadagno costante. Condizioni di stabilità per circuiti a microonde, stabilità condizionata e parametri di progetto.
– La progettazione di amplificatori lineari di guadagno: reti di adattamento, reti di polarizzazione, stabilizzazione. Cenni alla realizzazione del circuito in tecnologia ibrida e monolitica.
– Il rumore ad alta frequenza: definizioni dei parametri esterni e progettazione di amplificatori a basso rumore.
– Progettazione di amplificatori multi-ottava: amplificatore distribuito e amplificatore bilanciato.
– Criteri di stabilità per reti a due porte lineari applicati alle condizioni di oscillazione e di innesco. Metodologie di progettazione per oscillatori a microonde : risonatori, dispositivi e cenni realizzativi.
– Dispositivi a Vuoto. Principi di funzionamento. Effetto Termoelettrico. Diodi, triodi, tetrodi, pentodi, dispositivi a vuoto ad alta frequenza e loro principi di funzionamento.

Emissione termoionica
Diodo a vuoto
Dispositivi a vuoto a modulazione d'intensita'
Dispositivi a vuoto a modulazione di velocita'
Strutture ad onda lenta
Dispositivi a vuoto ad interazione distribuita
Magnetron
Inductive Output Tube

Dispense fornite dal docente.

PRINCIPALI TEMI TRATTATI

Fibre Ottiche: Principi della propagazione di luce guidata. Parametri fondamentali delle fibre ottiche. Tipi di fibre. Modi di propagazione. Dispersione ed attenuazione nelle fibre. Caratterizzazione di fibre ottiche. Tecniche di fabbricazione.

Materiali Semiconduttori: Concetti di base sui materiali semiconduttori. Processi di diffusione e ricombinazione. Fondamenti del trasporto di carica. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Cenni su giunzioni p-n e diodi p-i-n. Eterostrutture: proprietà di base ed applicazioni.

LED (Light Emitting Diode): Emissione spontanea. Spettro della radiazione di ricombinazione. Efficienza quantica. Modulazione della radiazione ottica. Principi di funzionamento di LED. Applicazioni dei LED.

LASER: Emissione stimolata. Principi dell'azione laser. Proprietà della radiazione laser. Guadagno ottico in semiconduttori. Rate equations per Laser a semiconduttori.

Rivelatori Ottici: Assorbimento intrinseco ed efficienza quantica. Fotorivelatori a diodo p-i-n. Fotorivelatori a valanga (APD). Fotorivelatori ad eterogiunzione.

Modulazione della Radiazione Ottica

Sistemi di Comunicazione Ottica: Comunicazione ottica guidata. Esempi di progetti per sistemi di comunicazione ottica.

Materiale Didattico:
- Di Carlo, Lugli - "Appunti di Optoelettronica, I materiali Semiconduttori" - Aracne.
- A. Yariv - "Optical Electronics in modern Communications" - Oxford University Press.
- Reale, Di Carlo, Lugli - "Appunti di optoelettronica, Fibre ottiche e componenti a semiconduttore" - Aracne.

Testi consigliati:
A. Reale, A. Di Carlo, P. Lugli; "Fibre ottiche e componenti optoelettronici" - Aracne
A. Di Carlo, P. Lugli; "Appunti di Optoelettronica: Materiali Semiconduttori" - Aracne
Optical Communication System, J. Gowar - Prentice Hall
Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh and M.C. Teich - Wiley

Introduzione.
Circuiti e layout.
Teoria del transistor CMOS.
Analisi statica e risposta ai transitori.
Potenza dissipata.
Simulazione SPICE.
Progetto di circuiti combinatori.
Famiglie circuitali.
Progetto di circuiti sequenziali.
Design for testability.
Scaling, aspetti economici.
Le problematiche nei circuiti.
Sommatori.
Unità funzionali datapath.
SRAM.
CAM, ROM, PLA.
Packaging, potenza e clock.
PLL e DLL.
Circuiti di I/O.
Un caso di studio.

Libro: CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective 4th edition

Autore: Neil H. E. Weste, David Money Harris

Approssimazione con funzioni razionali. Funzioni di Butterworth, Chebychev, Chebychev inverso, razionali di Chebychev. Trasformazioni. Approssimazione di fase. Funzioni di Thomson. Funzioni ritardo. Reti passa-tutto.Funzioni di Sensibilità. Sensibilità multiparametrica. Sensibilità di reti a scala. Sensibilità dei coefficienti, poli. Teorema bilieare per la funzione di rete. Calcolo della sensibilità con la rete aggiunta.Proprietà delle reti LC. Sintesi di reti LC: Foster, Cauer. Rimozione dei poli all'infinito. Rimozione dei poli nell'origine. Reti semplicemente caricate. Spostamento degli zeri nella sintesi di funzioni di trasferimento. Reti a scala doppiamente caricate (cenni). Tabelle per il progetto di filtri.Filtri attivi RC a singolo amplificatore. Filtri biquad : Filtri di Sallen-Key a guadagno finito ed infinito.Filtri attivi RC nulti-amplificatore : Filtri a variabili di stato. Filtro di Tow-Thomas, Akeberg-Mossberg. Filtro attivo universale. Amplificatori Operazionali a Transconduttanza (OTA). Filtri OTA-C.Metodi diretti : GIN, GIC, Induttanze simulate, Resistori negativi dipendenti dalla frequenza (FDNR). Filtri Leapfrog. Filtri a condensatori commutati.Reti in current-mode: Current Conveyor. Trasformazione di circuiti voltage-mode/current-mode. Amplificatori operazionali in corrente (OCA).

1) Discretizzazione e controllo a tempo discreto.

- Introduzione della classe di sistemi lineari stazionari a tempo discreto.

- Richiami alla trasformata Zeta. Calcolo delle soluzioni delle equazioni alle differenze tramite la trasformata Zeta.

- I modi naturali dei sistemi a tempo discreto. Definizione di stabilità semplice ed asintotica per i sistemi a tempo discreto.

- Condizioni necessarie e sufficienti per la stabilità in base alle proprietà degli autovalori.

- Stabilizzazione di
un sistema a tempo discreto tramite assegnazione degli autovalori (richiamo
alle formule di Ackermann). I sistemi FIR.

-Discretizzazione di un sistema a tempo continuo. Proprietà del sistema discretizzato rispetto al tempo di campionamento. Fenomeno dell’aliasing. Filtri antialiasing.

2) Controllo robusto di sistemi stabili e a fase minima.

- Controllori PID:
predisposizione dei parametri mediante procedimenti basati sul comportamento al limite di stabilità. (primo metodo di Ziegler e Nichols).

- Scelta dei parametri tramite la conoscenza della funzione di trasferimento del modello. (secondo metodo di Ziegler e Nichols). Classi di sistemi controllabili da PID.

- I sistemi lineari caratterizzati da traiettorie da inseguire e/o disturbi da rigettare, nel caso in cui entrambi i tipi di segnali sono generati da un ‘esosistema’ lineare.
Soluzione tramite il principio del modello interno: il regolatore di Francis.

- Controllo robusto. Formula di sensitività. Primo e secondo Teorema di Bode.

3 Linearizzazione e controllo robusto di sistemi linearizzati.

- Linearizzazione.
Teorema di approssimazione Lineare.

- Teoria della stabilità di Lyapunov. la stabilità di un sistema lineare mediante funzioni quadratiche di Lyapunov.

- Controllo ottimo H-infinito.
Sintesi di un controllore sub-ottimo mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

- Filtro di Kalman.
Calcolo dei parametri del filtro mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

Compensazione e effetto di ritardi. Predittore di Smith.

4) Reti neurali per il controllo.

- Introduzione alle
reti neurali artificiali ispirate alle reti biologiche di neuroni. Modelli matematici dei neuroni artificiali. Il percettrone secondo McCulloch e Pitts.

- Tipi di funzioni di attivazione. Reti neurali come grafi orientati. Architetture di Rete.

- Reti neurali multistrato di percettroni (MLPN). Derivazione dell'algoritmo di 'back­propagation' introdotto da Werbos.

- Dimensione dell'insieme di training.
Criteri di inizializzazione. Criteri di arresto.

- Validazione incrociata. Generalizzazione. Velocità di apprendimento. Metodi per migliorare le prestazioni dell' algoritmo di 'back -propagation'.

- Reti neurali a base radiale (RBFN) ad uno strato. Definizioni e proprietà. Approssimazione 'off-line' di funzioni nonlineari tramite RBFN i cui centri sono fissati apriori.

- Il teorema di approssimazione universale per reti RBFN.

- Confronto tra reti MLPN e RBFN.

- Algoritmi a tempo continuo di addestramento 'on-line' di reti RBFN con parametri lineari variabili e centri costanti, nell'ambito della teoria dell'osservazione adattativa.

5) Uso di Matlab e Simulink per analisi e sintesi dei sistemi dinamici.

- Richiami al software MATLAB.

- Introduzione al pacchetto 'neural networks toolbox' per l'addestramento di reti neurali MLPN e RBFN.

- Introduzione al 'tool' 'simulink' per la simulazione di sistemi di equazioni differenziali a tempo continuo e alle differenze a tempo discreto.

- Simulazione e progetto del controllo di temperatura per uno scambiatore di calore industriale.

INTRODUZIONE AI SISTEMI DINAMICI NON LINEARI

Esempi di sistemi dinamici non lineari: meccanici,
elettronici, elettromeccanici, ecologici, sistemi adattativi, sistemi ad
apprendimento. Reti neurali di Hopfield, equazioni di Van der Pol, di Lorenz,
di Eulero, di Volterra-Lotka, di Fitzhugh-Nagumo.

ANALISI DI STABILITA’

Condizioni di esistenza ed unicita’ di soluzioni per sistemi
di equazioni differenziali ordinarie non lineari. Definizioni di: moto, punto
di equilibrio, traiettoria, stabilita’ secondo Liapunov, attrattivita’ (locale
e globale) e stabilita’ esponenziale di un moto, instabilita’ ed instabilita’
totale, invarianza rispetto alla dinamica, regione di attrazione per punti di
equilibrio attrattivi. Condizioni sufficienti di stabilita’, stabilita’
asintotica, stabilita’ esponenziale e di instabilita’ totale di punti di
equilibrio: teoremi di Liapunov. Condizioni sufficienti di instabilita’:
teorema di Cetaev. Teorema di Krasovskii per la stima della regione di
attrazione. Teorema di La Salle. Lemma di Barbalat e sue applicazioni per il controllo
adattativo e per l’identificazione parametrica con il metodo del gradiente.
Sistemi di tipo gradiente e gradiente
generalizzato. Condizioni necessarie e sufficienti di stabilita’ e di
stabilita’ asintotica per sistemi lineari. Teoremi di Liapunov sulla
costruzione e sulla esistenza di funzioni di Liapunov per sistemi lineari:
equazioni matriciali di Liapunov e loro
generalizzazioni. Teorema dalla approssimazione lineare per la studio della
stabilita’ asintotica, della stabilita’ esponenziale e della instabilita’ di
punti di equilibrio: definizione di casi critici.

TECNICHE DI CONTROLLO NON LINEARE

Controllo di sistemi non lineari mediante approssimazioni
lineari e compensatori dinamici. Linearizzazione ingresso-uscita e
linearizzazione della dinamica dello stato
mediante retroazione dallo stato per sistemi non lineari con più
ingressi e più uscite: definizione di grado relativo e di indici di disaccoppiamento. Dinamica zero ed
inversione dinamica: definizione di sistema inverso. Controllo adattativo di un
sistema scalare e di un sistema linearizzabile. Stati indistinguibili
dall’uscita, osservabilità locale: condizioni sufficienti di osservabilita’
locale. Progetto di osservatori non lineari con dinamica di errore lineare.
Controllo adattativo non lineare in retroazione dallo stato.

STUDIO DI CASI SPECIFICI

Modello di Volterra Lotka con termini di affollamento.
Circuito di Van der Pol: cicli limite, analisi dei punti di equilibrio e delle
regioni di attrazione. Reti neurali di Hopfield come memorie associative:
applicazione al riconoscimento di caratteri. Controllo non lineare per un motore ad
induzione linearizzante e disaccoppiante. Controllo attivo in
retroazione degli angoli di sterzo di un autoveicolo autonomo. Analisi del
modello del battito del cuore di Fitzhugh-Nagumo. Controllo di assetto di un
aereo leggero anche nel caso della rottura di un attuatore. Controllo di un pendolo
capovolto su un carrello: modellazione di un Segway. Inseguimento di un riferimento nel piano per un robot planare sulle base delle misure delle
variabili di giunto. Controllo di temperatura di un fluido in uno scambiatore
di calore.

Testi consigliati:

R.Marino, P.Tomei,
Non linear Control Design, Prentice Hall, London, 1995.

J.J.
Slotine, W. Li, Applied Nonlinear Control, Prentice Hall, Englewood Cliff,
1991.

M.
Vidyasagar, Nonlinear System Analysis, Prentice Hall, Englewood Cliff, Second
Edition,1993.

Teoremi di Analisi

1. Equazioni matriciali di Liapunov (teorema 1) e loro
generalizzazioni.

2 .Condizioni sufficienti di stabilita’ esponenziale
(teorema 2)

3. Teorema dalla approssimazione lineare per la studio della
stabilita’ esponenziale (teorema 3)

4. Condizioni sufficienti di stabilita’: teorema di Lyapunov
(teorema 4)

5. Condizioni sufficienti di stabilita’ asintotica : teorema
di Lyapunov (teorema 5)

6. Lemma di
Barbalat (teorema 6) e sue applicazioni
per il controllo adattativo

7. Teorema di Krasovskii (teorema 7)

8. Teorema di La Salle (teorema 8) e sistemi di tipo
gradiente generalizzato

9. Condizioni sufficienti di instabilita’: teorema di Cetaev
(teorema 9)

10. Teorema dalla approssimazione lineare per la studio
della instabilita’ Controllo di sistemi non lineari mediante approssimazioni
lineari (teorema 10)Teoremi di sintesi

11 Controllo adattativo di un sistema scalare (teorema 11)

12. Linearizzazione ingresso-uscita in retroazione dallo
stato (teorema 12)

13. Invertibilità e costruzione di un sistema inverso
(teorema 13)

14. Controllo adattativo di un sistema invertibile (teorema
14)

15. Controllo di disaccoppiamento per un sistema con più
ingressi e più uscite (teorema 15)

16. Linearizzazione di un sistema non lineare mediante
retroazione dallo stato (teorema 16)

17. Condizioni sufficienti di osservabilità locale (teorema
17)

18. Costruzione di un osservatore non lineare con dinamica
di errore lineare (teorema 18)

Esercizi di analisi


Studio
della equazione del pendolo e stabilizzazione in posizione capovolta
Studio
del modello Volterra-Lotka con e senza termini di affollamento
Studio
delle equazioni di Eulero con e senza controllo
Studio
delle reti neurali di Hopfield con legge di apprendimento di Hebb
Studio
del circuito di van der Pol e del modello di Fitzhugh-Nagumo
Controesempio
di Vinograd attrattivo ma non stabile
Controesempio
di Krasovskii stabile e attrattivo ma non globalmente
Stabilita’
asintotica ma non esponenziale
Studio
delle equazioni di Lorenz
Sistema
non globalmente attrattivo con regione di attrazione illimitata
Esempio
di biforcazione con un parametro


Esercizi di progetto


Controllo
di un pendolo capovolto su un carrello mobile (Segway monodirezionale)
Controllo
attivo dell’angolo di sterzo di un autoveicolo autonomo
Progetto
di una rete di Hopfield per riconoscere tre caratteri alfanumerici
Controllo
di assetto di un aereo leggero anche con timone bloccato
Controllo
adattativo di un robot planare con giunti rotanti
Controllo
disaccoppiante di un motore elettrico asincrono ad induzione.
Controllo
di temperatura di un fluido in uno scambiatore di calore

Introduzione ed esempi sulle tecniche di identificazione per sistemi a tempo-continuo. Problema di identificazione. Struttura dell'identificatore. Equazione d'errore lineare e algoritmi di identificazione. Algoritmo del gradiente. Algoritmo del gradiente normalizzato. Algoritmo dei minimi quadrati. Algoritmo dei minimi quadrati con reset della matrice di covarianza. Proprietà degli algoritmi di identificazione. Effetto delle condizioni iniziali e della proiezione. Algoritmo dei minimi quadrati normalizzato con reset della covarianza: proprietà e prova. Stabilità dell'identificatore con processo avente segnali limitati. Segnali regolari. Stabilità dell'identificatore con processo instabile. Persistenza di eccitazione e convergenza esponenziale dei parametri. Prova di convergenza esponenziale dell'algoritmo dei minimi quadrati con forgetting factor. Convergenza esponenziale degli algoritmi del gradiente, del gradiente normalizzato e dei minimi quadrati con reset della covarianza (solo enunciato). Condizioni nel dominio della frequenza per la convergenza dei parametri. Esempio di controllo adattativo.

Il corso consiste in una esposizione unificata dei più importanti passi nei campi della modellazione matematica e del progetto di algoritmi di controllo e stima per macchine elettriche quali:
• motori sincroni a magneti permanenti
• motori stepper a magneti permanenti
• motori sincroni con rotore alimentato
• motori ad induzione
• generatori sincroni.
Una notazione coerente ed una terminologia moderna di controlli (non lineari) rende il corso accessibile a studenti che non siano esperti in macchine elettriche così come fornisce un punto di vista teorico a quelli che lo siano. Importanti punti di forza del corso includono: la modellazione matematica attraverso equazioni differenziali non lineari, il richiamo dei concetti di stabilità e di teoria del controllo (non lineare) così come un’estesa discussione del progetto di controlli non lineari adattativi che incorporano algoritmi di stima dei parametri (importanti per le applicazioni). Il contenuto del corso risulta caratterizzato da una esposizione pedagogica e progressiva che parte dalle assunzioni base, dalle proprietà strutturali, dalla modellazione fino agli algoritmi di controllo e stima, senza richiedere particolari prerequisiti. Applicazioni includono: controllo ad apprendimento di manipolatori robotici e cruise control e controllo di assetto di autoveicoli elettrici.

C.M. Verrelli, La Matematica Elementare del Feedback, II Edizione, Esculapio 2013.
R. Marino, P. Tomei, C.M. Verrelli, Induction Motor Control Design, Springer, 2010.
W. Leonhard, Control of Electrical Drives, Springer, 2001.
D.M. Dawson, J. Hu, T.C. Burg, Nonlinear Control of Electric Machinery, Marcel Dekker, 1998.
F. Khorrami, P. Krishnamurthy, H. Melkote, Modeling and Adaptive Nonlinear Control of Electric Motors,Springer-Verlag, 2003.

Il corso consiste in una esposizione unificata dei più importanti passi nei campi della modellazione matematica e del progetto di algoritmi di controllo e stima per macchine elettriche quali:
· motori sincroni a magneti permanenti
· motori stepper a magneti permanenti
· motori sincroni con rotore alimentato
· motori ad induzione
· generatori sincroni.
Una notazione coerente ed una terminologia moderna di controlli (non lineari) rende il corso accessibile a studenti che non siano esperti in macchine elettriche così come fornisce un punto di vista teorico a quelli che lo siano. Importanti punti di forza del corso includono: la modellazione matematica attraverso equazioni differenziali non lineari, il richiamo dei concetti di stabilità e di teoria del controllo (non lineare) così come un’estesa discussione del progetto di controlli non lineari adattativi che incorporano algoritmi di stima dei parametri (importanti per le applicazioni). Il contenuto del corso risulta caratterizzato da una esposizione pedagogica e progressiva che parte dalle assunzioni base, dalle proprietà strutturali, dalla modellazione fino agli algoritmi di controllo e stima, senza richiedere particolari prerequisiti. Applicazioni includono: controllo ad apprendimento di manipolatori robotici e cruise control e controllo di assetto di autoveicoli elettrici.

C.M. Verrelli, La Matematica Elementare del Feedback, II Edizione, Esculapio 2013.
R. Marino, P. Tomei, C.M. Verrelli, Induction Motor Control Design, Springer, 2010.
W. Leonhard, Control of Electrical Drives, Springer, 2001.
D.M. Dawson, J. Hu, T.C. Burg, Nonlinear Control of Electric Machinery, Marcel Dekker, 1998.
F. Khorrami, P. Krishnamurthy, H. Melkote, Modeling and Adaptive Nonlinear Control of Electric Motors,Springer-Verlag, 2003.

Richiami sulla modellazione di sistemi a tempo-discreto. Rappresentazione con equazioni di stato. Rappresentazione con equazioni alle differenze. Stima dei parametri. Introduzione. Schemi di stima in linea. Metodo dell'equazione d'errore. Convergenza dei parametri: algoritmo di proiezione ortogonalizzato, algoritmo dei minimi quadrati, algoritmo di proiezione. Persistenza di eccitazione. Metodo dell'errore di uscita. Stima dei parametri in presenza di rumore limitato. Stima dei parametri con vincoli. Predizione adattativa. Struttura dei predittori: predizione con modello noto, predizione con complessita` ristretta. Predizione adattativa: predizione diretta, predizione indiretta. Controllo adattativo. Controllori adattativi con errore di predizione minimo (approccio diretto): controllori adattativi un passo avanti, controllori adattativi con modello di riferimento. Controllori adattativi con errore di predizione minimo (approccio indiretto). Algoritmi adattativi per l'assegnazione degli autovalori.

Elettroni nei solidi, Semiconduttori, Modelli del trasporto di carica, Studio delle distribuzioni non uniformi di droganti, Contatto Metallo-Semiconduttore, Processi di ricombinazione e generazione, Giunzione PN, Dispositivi a resistenza differenziale negativa, Transistor a giunzione, Heterojunction bipolar transistor, Sistema Metallo-ossido-silicio, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MESFET ed HEMT.Introduzione ai sensori; circuiti per sensori resistivi e capacitivi; sensori di temperatura: termistori, circuiti PTAT; effetti termoelettrici, applicazioni e circuiti. Sensori di campo magnetico: sonde Hall, magnetoresistenze, AMR e GMR, fluxgate. Sensori ottici: interazioni radiazione materia, radiazione di corpo nero, fotoconduttori e fotodiodi, fotomoltiplicatori, rivelatori di immagini, sensori IR: bolometri, piroelettrici. Sensori meccanici: sensori di posizione, strain gauges, accelerometro, sensore micromeccanico, cenni di micromeccanica del silicio, giroscopio integrato, sensori di pressione, sensori di flusso.

– Richiami sulla propagazione guidata delle onde elettromagnetiche, linee di trasmissione, parametri caratteristici. Abaco di Smith e parametri di diffusione.
– Adattamento a banda stretta di un carico a microonde, utilizzando reti concentrate e distribuite. Cenni sull’adattamento a banda larga.
– Parametri caratteristici di un amplificatore a microonde: guadagno, adattamento, cifra di rumore, minimo segnale rivelabile, stabilità, potenza di uscita, distorsione.
– Definizioni di guadagno: di inserzione, disponibile, in potenza, di trasduzione, MAG. Adattamento simultaneo coniugato, condizioni necessarie e sufficienti. Cerchi a guadagno costante. Condizioni di stabilità per circuiti a microonde, stabilità condizionata e parametri di progetto.
– La progettazione di amplificatori lineari di guadagno: reti di adattamento, reti di polarizzazione, stabilizzazione. Cenni alla realizzazione del circuito in tecnologia ibrida e monolitica.
– Il rumore ad alta frequenza: definizioni dei parametri esterni e progettazione di amplificatori a basso rumore.
– Progettazione di amplificatori multi-ottava: amplificatore distribuito e amplificatore bilanciato.
– Criteri di stabilità per reti a due porte lineari applicati alle condizioni di oscillazione e di innesco. Metodologie di progettazione per oscillatori a microonde : risonatori, dispositivi e cenni realizzativi.
– Dispositivi a Vuoto. Principi di funzionamento. Effetto Termoelettrico. Diodi, triodi, tetrodi, pentodi, dispositivi a vuoto ad alta frequenza e loro principi di funzionamento.

Emissione termoionica
Diodo a vuoto
Dispositivi a vuoto a modulazione d'intensita'
Dispositivi a vuoto a modulazione di velocita'
Strutture ad onda lenta
Dispositivi a vuoto ad interazione distribuita
Magnetron
Inductive Output Tube

Dispense fornite dal docente.

PRINCIPALI TEMI TRATTATI

Fibre Ottiche: Principi della propagazione di luce guidata. Parametri fondamentali delle fibre ottiche. Tipi di fibre. Modi di propagazione. Dispersione ed attenuazione nelle fibre. Caratterizzazione di fibre ottiche. Tecniche di fabbricazione.

Materiali Semiconduttori: Concetti di base sui materiali semiconduttori. Processi di diffusione e ricombinazione. Fondamenti del trasporto di carica. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Cenni su giunzioni p-n e diodi p-i-n. Eterostrutture: proprietà di base ed applicazioni.

LED (Light Emitting Diode): Emissione spontanea. Spettro della radiazione di ricombinazione. Efficienza quantica. Modulazione della radiazione ottica. Principi di funzionamento di LED. Applicazioni dei LED.

LASER: Emissione stimolata. Principi dell'azione laser. Proprietà della radiazione laser. Guadagno ottico in semiconduttori. Rate equations per Laser a semiconduttori.

Rivelatori Ottici: Assorbimento intrinseco ed efficienza quantica. Fotorivelatori a diodo p-i-n. Fotorivelatori a valanga (APD). Fotorivelatori ad eterogiunzione.

Modulazione della Radiazione Ottica

Sistemi di Comunicazione Ottica: Comunicazione ottica guidata. Esempi di progetti per sistemi di comunicazione ottica.

Materiale Didattico:
- Di Carlo, Lugli - "Appunti di Optoelettronica, I materiali Semiconduttori" - Aracne.
- A. Yariv - "Optical Electronics in modern Communications" - Oxford University Press.
- Reale, Di Carlo, Lugli - "Appunti di optoelettronica, Fibre ottiche e componenti a semiconduttore" - Aracne.

Testi consigliati:
A. Reale, A. Di Carlo, P. Lugli; "Fibre ottiche e componenti optoelettronici" - Aracne
A. Di Carlo, P. Lugli; "Appunti di Optoelettronica: Materiali Semiconduttori" - Aracne
Optical Communication System, J. Gowar - Prentice Hall
Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh and M.C. Teich - Wiley

Introduzione.
Circuiti e layout.
Teoria del transistor CMOS.
Analisi statica e risposta ai transitori.
Potenza dissipata.
Simulazione SPICE.
Progetto di circuiti combinatori.
Famiglie circuitali.
Progetto di circuiti sequenziali.
Design for testability.
Scaling, aspetti economici.
Le problematiche nei circuiti.
Sommatori.
Unità funzionali datapath.
SRAM.
CAM, ROM, PLA.
Packaging, potenza e clock.
PLL e DLL.
Circuiti di I/O.
Un caso di studio.

Libro: CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective 4th edition

Autore: Neil H. E. Weste, David Money Harris

Approssimazione con funzioni razionali. Funzioni di Butterworth, Chebychev, Chebychev inverso, razionali di Chebychev. Trasformazioni. Approssimazione di fase. Funzioni di Thomson. Funzioni ritardo. Reti passa-tutto.Funzioni di Sensibilità. Sensibilità multiparametrica. Sensibilità di reti a scala. Sensibilità dei coefficienti, poli. Teorema bilieare per la funzione di rete. Calcolo della sensibilità con la rete aggiunta.Proprietà delle reti LC. Sintesi di reti LC: Foster, Cauer. Rimozione dei poli all'infinito. Rimozione dei poli nell'origine. Reti semplicemente caricate. Spostamento degli zeri nella sintesi di funzioni di trasferimento. Reti a scala doppiamente caricate (cenni). Tabelle per il progetto di filtri.Filtri attivi RC a singolo amplificatore. Filtri biquad : Filtri di Sallen-Key a guadagno finito ed infinito.Filtri attivi RC nulti-amplificatore : Filtri a variabili di stato. Filtro di Tow-Thomas, Akeberg-Mossberg. Filtro attivo universale. Amplificatori Operazionali a Transconduttanza (OTA). Filtri OTA-C.Metodi diretti : GIN, GIC, Induttanze simulate, Resistori negativi dipendenti dalla frequenza (FDNR). Filtri Leapfrog. Filtri a condensatori commutati.Reti in current-mode: Current Conveyor. Trasformazione di circuiti voltage-mode/current-mode. Amplificatori operazionali in corrente (OCA).

1) Discretizzazione e controllo a tempo discreto.

- Introduzione della classe di sistemi lineari stazionari a tempo discreto.

- Richiami alla trasformata Zeta. Calcolo delle soluzioni delle equazioni alle differenze tramite la trasformata Zeta.

- I modi naturali dei sistemi a tempo discreto. Definizione di stabilità semplice ed asintotica per i sistemi a tempo discreto.

- Condizioni necessarie e sufficienti per la stabilità in base alle proprietà degli autovalori.

- Stabilizzazione di
un sistema a tempo discreto tramite assegnazione degli autovalori (richiamo
alle formule di Ackermann). I sistemi FIR.

-Discretizzazione di un sistema a tempo continuo. Proprietà del sistema discretizzato rispetto al tempo di campionamento. Fenomeno dell’aliasing. Filtri antialiasing.

2) Controllo robusto di sistemi stabili e a fase minima.

- Controllori PID:
predisposizione dei parametri mediante procedimenti basati sul comportamento al limite di stabilità. (primo metodo di Ziegler e Nichols).

- Scelta dei parametri tramite la conoscenza della funzione di trasferimento del modello. (secondo metodo di Ziegler e Nichols). Classi di sistemi controllabili da PID.

- I sistemi lineari caratterizzati da traiettorie da inseguire e/o disturbi da rigettare, nel caso in cui entrambi i tipi di segnali sono generati da un ‘esosistema’ lineare.
Soluzione tramite il principio del modello interno: il regolatore di Francis.

- Controllo robusto. Formula di sensitività. Primo e secondo Teorema di Bode.

3 Linearizzazione e controllo robusto di sistemi linearizzati.

- Linearizzazione.
Teorema di approssimazione Lineare.

- Teoria della stabilità di Lyapunov. la stabilità di un sistema lineare mediante funzioni quadratiche di Lyapunov.

- Controllo ottimo H-infinito.
Sintesi di un controllore sub-ottimo mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

- Filtro di Kalman.
Calcolo dei parametri del filtro mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

Compensazione e effetto di ritardi. Predittore di Smith.

4) Reti neurali per il controllo.

- Introduzione alle
reti neurali artificiali ispirate alle reti biologiche di neuroni. Modelli matematici dei neuroni artificiali. Il percettrone secondo McCulloch e Pitts.

- Tipi di funzioni di attivazione. Reti neurali come grafi orientati. Architetture di Rete.

- Reti neurali multistrato di percettroni (MLPN). Derivazione dell'algoritmo di 'back­propagation' introdotto da Werbos.

- Dimensione dell'insieme di training.
Criteri di inizializzazione. Criteri di arresto.

- Validazione incrociata. Generalizzazione. Velocità di apprendimento. Metodi per migliorare le prestazioni dell' algoritmo di 'back -propagation'.

- Reti neurali a base radiale (RBFN) ad uno strato. Definizioni e proprietà. Approssimazione 'off-line' di funzioni nonlineari tramite RBFN i cui centri sono fissati apriori.

- Il teorema di approssimazione universale per reti RBFN.

- Confronto tra reti MLPN e RBFN.

- Algoritmi a tempo continuo di addestramento 'on-line' di reti RBFN con parametri lineari variabili e centri costanti, nell'ambito della teoria dell'osservazione adattativa.

5) Uso di Matlab e Simulink per analisi e sintesi dei sistemi dinamici.

- Richiami al software MATLAB.

- Introduzione al pacchetto 'neural networks toolbox' per l'addestramento di reti neurali MLPN e RBFN.

- Introduzione al 'tool' 'simulink' per la simulazione di sistemi di equazioni differenziali a tempo continuo e alle differenze a tempo discreto.

- Simulazione e progetto del controllo di temperatura per uno scambiatore di calore industriale.

1 Cenni storici delle misure.
2 Il Sistema Internazionale di Unità di Misura
3 Definizioni metrologiche preliminari.
4 Rappresentazione e analisi di dati di misura.
5 Probabilità e distribuzioni.
6 Stima dei parametri e test statistici.
7 Rappresentazione e propagazione dell’incertezza.
8 Caratterizzazione metrologica dei sistemi di misura.
9 Utilizzo delle misure.

M. Salmeri, A. Mencattini, "Misure e Analisi dati", TeXMAT, 2015.

1 Cenni storici delle misure.
2 Il Sistema Internazionale di Unità di Misura
3 Definizioni metrologiche preliminari.
4 Rappresentazione e analisi di dati di misura.
5 Probabilità e distribuzioni.
6 Stima dei parametri e test statistici.
7 Rappresentazione e propagazione dell’incertezza.
8 Caratterizzazione metrologica dei sistemi di misura.
9 Utilizzo delle misure.

M. Salmeri, A. Mencattini, "Misure e Analisi dati", TeXMAT, 2015.

Definizioni
generali: Unità di misura e metodi di conversione:
Metodi analitici di riferimento (Gas-cromatografia, spettroscopia di massa e
spettrofotometria); Molecole in fase gassosa: gas e vapori Equilibrio delle
fasi, legge di Antoine Richiamo dei parametri fondamentali dei sensori
Selettività

Interazione
gas-solido e materiali sensibili: Fisisorbimento e
chemisorbimento; Forze di Van der Waals; Legame idrogeno; Isoterme di
adsorbimento; Isoterme di Langmuir, BET e Freundlich; Coefficiente di
partizione; Polymer engineering e materiali molecolari; Tecnologia dei film
organici Cenni ai metodi di indagine superficiale

Sensori
a variazione del potenziale di contatto: Funzione
Lavoro; Kelvin Probe: principio e applicazioni alla caratterizzazione dei
materiali sensibili; ChemFET; Il caso del Palladio; ChemFET a gate sottile;
Suspended Gate FET; Light Addressable Potentiometric Sensor (LAPS)

Sensori
a variazione di conducibilità: Trasduttore
capacitivo multifinger; Gli ossidi metallici semiconduttori; Principio di
funzionamento e tecnologie realizzative; Sensibilità al CO; Doping con metalli
catalitici; Applicazioni pratiche (sensori TGS); Conduttori organici; Polimeri
conduttori e solidi molecolari; Nanosensori: Nanobelts e nanotubi; Polimeri
compositi; Sensori a variazione di capacità

Sensori
a variazione di massa Principio di misura della
massa; Effetto piezoelettrico e risonatori elettromeccanici; Quartz
microbalance; Circuti relativi; Applicazioni pratiche; Surface acoustic waves;
Circuito relativi; Sensori fisici con SAW, RFID; Microcantilevers

Sensori
a trasduzione ottica Spettrofotometri; Trasmittanza
ed assorbanza; Legge di Beer-Lambert: Materiali otticamente sensibili; Sistemi
a fluorescenza; Sensori a variazione di colore; Misura del colore; Surface
Plasmon Resonance.

Biosensori Principi; Sensori ad enzimi: esempio Glucosio Ossidasi;
Immunosensori: Esempi di ImmunoFET; Sensori di DNA; DNA chip; Rivelazione delle
reazioni di ibridizzazione ed applicazioni pratiche; Misura dei potenziali di
azione cellulare e loro uso come sensori; case studies di applicazioni mediche;


Matrici
di sensori principi ed analogie con i sistemi
sensoriali naturali; sensori in fase gassosa e liquida; principi di
elaborazione dei dati multivariati; case studies di applicazioni mediche, di
controllo ambientale e di analisi degli alimenti.

- Cosa è la pattern recognition e l’analisi dati multivariata
- I dati sperimentali e le caratteristiche degli strumenti di misura
- Fondamenti dell’ analisi statistica dei dati
- Vettori, spazi vettoriali e matrici
- Matrici e statistica delle matrici (matrice di Covarianza, autovettori, autovalori)
- Analisi esplorativa:
Estrazione delle features.
Preprocessamento dei dati.
Identificazione di outliers.
- Analisi delle componenti principali (PCA)e Partial Least Square (PLS).
- Analisi descrittiva multivariata.
- Teoria e tecniche di classificazione (Pattern Recognition) e loro applicazioni.
- Modelli di classificazione lineari supervisionati e non superivisonati (Fisher discriminant analysis, KNN, Mahalanobis classifier, PLS-DA,…).
- Tecniche di validazione dei modelli (Leave one out cross validation, Venetian blind, …).
-Tecniche di feature selection.
- Reti neurali per la classificazione e Support Vector Machine.
- Algoritmi genetici e bioinspirati (Ant Colony Optimization, Ant miner, Algoritmi genetici, Artificial Immune System,…) e loro applicazioni.

Pattern Classification , Duda & Hart.

1.
SEGNALI1.1
Definizioni1.1.1
Informazione1.1.2
Segnale1.1.3
Rumore1.2
Esempi1.3
Classificazioni1.3.1
Classificazione Matematica2.
SEGNALI BIOMEDICI2.1
Esempi2.2
Classificazioni2.2.1
Spontanei e Indotti2.2.2
Indogeno2.2.3
Esogeno2.3
Sorgenti2.4
Proprietà3.
MISURA3.1
Classificazione3.2
Obiettivi3.3
Elettrodi3.4
Sensori3.5
Trasduttori3.6
Sonde4.
ELABORAZIONE4.1
Amplificazione4.2
Filtraggio4.3
Conversione A/D, D/A5.
ANALISI6.
REGISTRAZIONE DI BIOSEGNALI6.1
Elettroencefalografia (EEG)6.2
Elettrocardiografia (ECG)6.3
Elettromiografia (EMG)6.3.1
Ad Ago6.3.2
Di Superficie



































































6.4
Risonanza Magnetica style="font-size:11.0pt;line-height:115%;
font-family:"Calibri","sans-serif&quo

Segnali multimediali e biosegnali sono oggi sempre più spesso utilizzati in modalità integrata: ad esempio, ciò avviene in applicazioni relative alla medicina, alla realtà virtuale, alla domotica, all’arte. Il corso affronta lo studio di metodologie per l’analisi e il trattamento di segnali multimediali e biosegnali, con uno sguardo alla strumentazione e alle interfacce per la loro acquisizione e la loro misura. Tali metodologie sono sviluppate tenendo conto sia della letteratura esistente, sia di sistemi innovativi di elaborazione dell’informazione.
Sono considerate le seguenti tipologie di segnali:
- segnali audio/video
- segnali elettroencefalografici (EEG), elettromiografici (EMG) e cinematici
- biosegnali per la riabilitazione e la teleriabilitazione assistite da piattaforme tecnologiche innovative.
Completano il corso esercitazioni pratiche e lo sviluppo di una tesina sull’analisi e il trattamento di segnali multimediali e/o biomedici, in ambiente matlab o altro ambiente hardware/software dedicato.

Dispense a cura del docente.

Elettroni nei solidi, Semiconduttori, Modelli del trasporto di carica, Studio delle distribuzioni non uniformi di droganti, Contatto Metallo-Semiconduttore, Processi di ricombinazione e generazione, Giunzione PN, Dispositivi a resistenza differenziale negativa, Transistor a giunzione, Heterojunction bipolar transistor, Sistema Metallo-ossido-silicio, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MESFET ed HEMT.Introduzione ai sensori; circuiti per sensori resistivi e capacitivi; sensori di temperatura: termistori, circuiti PTAT; effetti termoelettrici, applicazioni e circuiti. Sensori di campo magnetico: sonde Hall, magnetoresistenze, AMR e GMR, fluxgate. Sensori ottici: interazioni radiazione materia, radiazione di corpo nero, fotoconduttori e fotodiodi, fotomoltiplicatori, rivelatori di immagini, sensori IR: bolometri, piroelettrici. Sensori meccanici: sensori di posizione, strain gauges, accelerometro, sensore micromeccanico, cenni di micromeccanica del silicio, giroscopio integrato, sensori di pressione, sensori di flusso.

– Richiami sulla propagazione guidata delle onde elettromagnetiche, linee di trasmissione, parametri caratteristici. Abaco di Smith e parametri di diffusione.
– Adattamento a banda stretta di un carico a microonde, utilizzando reti concentrate e distribuite. Cenni sull’adattamento a banda larga.
– Parametri caratteristici di un amplificatore a microonde: guadagno, adattamento, cifra di rumore, minimo segnale rivelabile, stabilità, potenza di uscita, distorsione.
– Definizioni di guadagno: di inserzione, disponibile, in potenza, di trasduzione, MAG. Adattamento simultaneo coniugato, condizioni necessarie e sufficienti. Cerchi a guadagno costante. Condizioni di stabilità per circuiti a microonde, stabilità condizionata e parametri di progetto.
– La progettazione di amplificatori lineari di guadagno: reti di adattamento, reti di polarizzazione, stabilizzazione. Cenni alla realizzazione del circuito in tecnologia ibrida e monolitica.
– Il rumore ad alta frequenza: definizioni dei parametri esterni e progettazione di amplificatori a basso rumore.
– Progettazione di amplificatori multi-ottava: amplificatore distribuito e amplificatore bilanciato.
– Criteri di stabilità per reti a due porte lineari applicati alle condizioni di oscillazione e di innesco. Metodologie di progettazione per oscillatori a microonde : risonatori, dispositivi e cenni realizzativi.
– Dispositivi a Vuoto. Principi di funzionamento. Effetto Termoelettrico. Diodi, triodi, tetrodi, pentodi, dispositivi a vuoto ad alta frequenza e loro principi di funzionamento.

Emissione termoionica
Diodo a vuoto
Dispositivi a vuoto a modulazione d'intensita'
Dispositivi a vuoto a modulazione di velocita'
Strutture ad onda lenta
Dispositivi a vuoto ad interazione distribuita
Magnetron
Inductive Output Tube

Dispense fornite dal docente.

PRINCIPALI TEMI TRATTATI

Fibre Ottiche: Principi della propagazione di luce guidata. Parametri fondamentali delle fibre ottiche. Tipi di fibre. Modi di propagazione. Dispersione ed attenuazione nelle fibre. Caratterizzazione di fibre ottiche. Tecniche di fabbricazione.

Materiali Semiconduttori: Concetti di base sui materiali semiconduttori. Processi di diffusione e ricombinazione. Fondamenti del trasporto di carica. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Cenni su giunzioni p-n e diodi p-i-n. Eterostrutture: proprietà di base ed applicazioni.

LED (Light Emitting Diode): Emissione spontanea. Spettro della radiazione di ricombinazione. Efficienza quantica. Modulazione della radiazione ottica. Principi di funzionamento di LED. Applicazioni dei LED.

LASER: Emissione stimolata. Principi dell'azione laser. Proprietà della radiazione laser. Guadagno ottico in semiconduttori. Rate equations per Laser a semiconduttori.

Rivelatori Ottici: Assorbimento intrinseco ed efficienza quantica. Fotorivelatori a diodo p-i-n. Fotorivelatori a valanga (APD). Fotorivelatori ad eterogiunzione.

Modulazione della Radiazione Ottica

Sistemi di Comunicazione Ottica: Comunicazione ottica guidata. Esempi di progetti per sistemi di comunicazione ottica.

Materiale Didattico:
- Di Carlo, Lugli - "Appunti di Optoelettronica, I materiali Semiconduttori" - Aracne.
- A. Yariv - "Optical Electronics in modern Communications" - Oxford University Press.
- Reale, Di Carlo, Lugli - "Appunti di optoelettronica, Fibre ottiche e componenti a semiconduttore" - Aracne.

Testi consigliati:
A. Reale, A. Di Carlo, P. Lugli; "Fibre ottiche e componenti optoelettronici" - Aracne
A. Di Carlo, P. Lugli; "Appunti di Optoelettronica: Materiali Semiconduttori" - Aracne
Optical Communication System, J. Gowar - Prentice Hall
Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh and M.C. Teich - Wiley

Introduzione.
Circuiti e layout.
Teoria del transistor CMOS.
Analisi statica e risposta ai transitori.
Potenza dissipata.
Simulazione SPICE.
Progetto di circuiti combinatori.
Famiglie circuitali.
Progetto di circuiti sequenziali.
Design for testability.
Scaling, aspetti economici.
Le problematiche nei circuiti.
Sommatori.
Unità funzionali datapath.
SRAM.
CAM, ROM, PLA.
Packaging, potenza e clock.
PLL e DLL.
Circuiti di I/O.
Un caso di studio.

Libro: CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective 4th edition

Autore: Neil H. E. Weste, David Money Harris

Approssimazione con funzioni razionali. Funzioni di Butterworth, Chebychev, Chebychev inverso, razionali di Chebychev. Trasformazioni. Approssimazione di fase. Funzioni di Thomson. Funzioni ritardo. Reti passa-tutto.Funzioni di Sensibilità. Sensibilità multiparametrica. Sensibilità di reti a scala. Sensibilità dei coefficienti, poli. Teorema bilieare per la funzione di rete. Calcolo della sensibilità con la rete aggiunta.Proprietà delle reti LC. Sintesi di reti LC: Foster, Cauer. Rimozione dei poli all'infinito. Rimozione dei poli nell'origine. Reti semplicemente caricate. Spostamento degli zeri nella sintesi di funzioni di trasferimento. Reti a scala doppiamente caricate (cenni). Tabelle per il progetto di filtri.Filtri attivi RC a singolo amplificatore. Filtri biquad : Filtri di Sallen-Key a guadagno finito ed infinito.Filtri attivi RC nulti-amplificatore : Filtri a variabili di stato. Filtro di Tow-Thomas, Akeberg-Mossberg. Filtro attivo universale. Amplificatori Operazionali a Transconduttanza (OTA). Filtri OTA-C.Metodi diretti : GIN, GIC, Induttanze simulate, Resistori negativi dipendenti dalla frequenza (FDNR). Filtri Leapfrog. Filtri a condensatori commutati.Reti in current-mode: Current Conveyor. Trasformazione di circuiti voltage-mode/current-mode. Amplificatori operazionali in corrente (OCA).

1) Discretizzazione e controllo a tempo discreto.

- Introduzione della classe di sistemi lineari stazionari a tempo discreto.

- Richiami alla trasformata Zeta. Calcolo delle soluzioni delle equazioni alle differenze tramite la trasformata Zeta.

- I modi naturali dei sistemi a tempo discreto. Definizione di stabilità semplice ed asintotica per i sistemi a tempo discreto.

- Condizioni necessarie e sufficienti per la stabilità in base alle proprietà degli autovalori.

- Stabilizzazione di
un sistema a tempo discreto tramite assegnazione degli autovalori (richiamo
alle formule di Ackermann). I sistemi FIR.

-Discretizzazione di un sistema a tempo continuo. Proprietà del sistema discretizzato rispetto al tempo di campionamento. Fenomeno dell’aliasing. Filtri antialiasing.

2) Controllo robusto di sistemi stabili e a fase minima.

- Controllori PID:
predisposizione dei parametri mediante procedimenti basati sul comportamento al limite di stabilità. (primo metodo di Ziegler e Nichols).

- Scelta dei parametri tramite la conoscenza della funzione di trasferimento del modello. (secondo metodo di Ziegler e Nichols). Classi di sistemi controllabili da PID.

- I sistemi lineari caratterizzati da traiettorie da inseguire e/o disturbi da rigettare, nel caso in cui entrambi i tipi di segnali sono generati da un ‘esosistema’ lineare.
Soluzione tramite il principio del modello interno: il regolatore di Francis.

- Controllo robusto. Formula di sensitività. Primo e secondo Teorema di Bode.

3 Linearizzazione e controllo robusto di sistemi linearizzati.

- Linearizzazione.
Teorema di approssimazione Lineare.

- Teoria della stabilità di Lyapunov. la stabilità di un sistema lineare mediante funzioni quadratiche di Lyapunov.

- Controllo ottimo H-infinito.
Sintesi di un controllore sub-ottimo mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

- Filtro di Kalman.
Calcolo dei parametri del filtro mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

Compensazione e effetto di ritardi. Predittore di Smith.

4) Reti neurali per il controllo.

- Introduzione alle
reti neurali artificiali ispirate alle reti biologiche di neuroni. Modelli matematici dei neuroni artificiali. Il percettrone secondo McCulloch e Pitts.

- Tipi di funzioni di attivazione. Reti neurali come grafi orientati. Architetture di Rete.

- Reti neurali multistrato di percettroni (MLPN). Derivazione dell'algoritmo di 'back­propagation' introdotto da Werbos.

- Dimensione dell'insieme di training.
Criteri di inizializzazione. Criteri di arresto.

- Validazione incrociata. Generalizzazione. Velocità di apprendimento. Metodi per migliorare le prestazioni dell' algoritmo di 'back -propagation'.

- Reti neurali a base radiale (RBFN) ad uno strato. Definizioni e proprietà. Approssimazione 'off-line' di funzioni nonlineari tramite RBFN i cui centri sono fissati apriori.

- Il teorema di approssimazione universale per reti RBFN.

- Confronto tra reti MLPN e RBFN.

- Algoritmi a tempo continuo di addestramento 'on-line' di reti RBFN con parametri lineari variabili e centri costanti, nell'ambito della teoria dell'osservazione adattativa.

5) Uso di Matlab e Simulink per analisi e sintesi dei sistemi dinamici.

- Richiami al software MATLAB.

- Introduzione al pacchetto 'neural networks toolbox' per l'addestramento di reti neurali MLPN e RBFN.

- Introduzione al 'tool' 'simulink' per la simulazione di sistemi di equazioni differenziali a tempo continuo e alle differenze a tempo discreto.

- Simulazione e progetto del controllo di temperatura per uno scambiatore di calore industriale.

Il sistema stazioni di terra-satellite. Parametri caratteristici del collegamento, livelli relativi e link budget. Schemi di principio di carichi utili : Payload trasparenti e rigenerativi.Sistemi di telemetria e telecomando.La potenza a bordo del satellite, generazione e distribuzione.Tecnologie realizzative dei circuiti integrati costituenti il sistema ad alta frequenza, circuiti ibridi e monolitici.Caratteristiche del carico utile : amplificatori a basso rumore, convertitori di frequenza, amplificatori di canale e di potenza.Tecniche di linearizzazione per amplificatori di potenza e loro caratteristiche: LINC, CALLUM, EER, Feedback, Feedforward, Predistorsione.L'ambiente spaziale. Fenomeni di degradazione degli apparati elettronici dovuti all'ambiente radiativo. Resistenza alle radiazioni. Sistemi per la tolleranza ai guasti a livello componente ed a livello sistema.Prove di qualificazione delle tecnologie, dei componenti e degli apparati per utilizzazione spaziale.Principi e funzionamento dei sistemi di radiolocalizzazione e radionavigazione.Principi e funzionamento dei sistemi di osservazione della terra.

Metodi di analisi per circuiti non lineari a microonde
• Analisi nel dominio del tempo di circuiti non lineari mediante algoritmi di integrazione numerica.
• Cenni agli algoritmi di risoluzione e metodi di analisi per il regime permanente (shooting methods).
• Analisi di circuiti non lineari mediante la Serie di Volterra.
• Metodi di analisi per circuiti ad alta frequenza (Harmonic Balance).
• Cenni alle tecniche di analisi per segnali modulati (Envelope Analysis).

Progettazione di amplificatori di potenza a microonde
• Definizione dei parametri caratteristici di un amplificatore di potenza, e panoramica delle tecnologie e dei dispositivi disponibili per la realizzazione di amplificatori di potenza a microonde (monolitici e ibridi).
• Power budget e strutture di combinazione per amplificatori di potenza, con esercitazioni.
• Metodologie di progetto basate sulla tecnica del Load/Source Pull. Utilizzo di metodologie semplificate per la progettazione a banda larga e per la stima dei contorni di potenza.
• Amplificatori di potenza ad alta efficienza e tecniche di progettazione basate sul controllo delle terminazioni armoniche (Tuned Load, Classe E, Classe F, etc.).
• Architetture ad alta efficienza e linearità per amplificatori operanti in presenza di segnali modulati: analisi e sintesi della configurazione Doherty, cenni alle tecniche di Envelope Tracking ed Envelope Elimination and Restoration.

Moltiplicatori a microonde
• Criteri di base per la progettazione di moltiplicatori di frequenza ed esempi di progettazione.

Mixer a microonde
• Analisi dei mixers mediante matrice di conversione.
• Problematiche di Intermodulazione in un mixer e definizione delle specifiche e dei parametri di interesse di un mixer.
• Configurazioni a singolo diodo, semplicemente bilanciate, doppiamente bilanciate.
• Mixer con dispositivi attivi (di gate o resistivi) e cenni ai subharmonically pumped mixers.
• Mixer a reiezione di immagine.

Utilizzo di CAD per la progettazione di circuiti a microonde
Utilizzo di CAD per l’analisi di circuiti non lineari e la generazione di layout.
Esercitazioni su esempi di progettazione al CAD di circuiti non lineari.

- P. Colantonio, Elettronica di Alta Frequenza, Universitalia, 2009 (ISBN: 978-88-6507-009-3);
- P. Colantonio, F. Giannini and E. Limiti, High Efficiency RF and Microwave Solid State Power Amplifiers, John Wiley & Sons, 2009 (ISBN: 978-0-470-51300-2);
- Dispense del docente.

La linea a microstriscia e la linea complanare. Circuiti integrati a microonde di tipo ibrido e monolitico. Accoppiatori direzionali. Divisori branch-line, rat-race e Wilkinson. Interruttori a microonde ed onde millimetriche. Sfasatori digitali ed analogici planari ad alta frequenza. Filtri passa basso e passa banda a microstriscia.

Accoppiatori direzionali continui
Filtri direzionali
Fin lines
Guide d’onda rettangolari e circolari
Dispositivi 3 e 4 porte in guida d’onda
Filtri in guida d’onda
Metodi MOM e FEM per simulazione elettromagnetica
Esempi di simulazione FEM di strutture in alta frequenza

Dispense fornite dal docente.

– Sorgenti di segnale : princìpi di funzionamento, rumore di fase. Generatori di tipo 'swept' e generatori sintetizzati: caratteristiche ed esempi.
– Il principio dell'analizzatore di reti vettoriale. Analizzatori a supereterodina a canali gemelli.
– Un esempio di sistema a supereterodina a canali gemelli: HP8510C. Test-set, IF detector, display processor.
– La calibrazione di analizzatori di reti vettoriali: calibrazioni per reti ad una porta, SOL e sliding loads. Calibrazioni per reti a due porte: SOLT, TRL e generalizzazioni. Calibrazioni non-insertable e transizionali. Calibrazioni con thru di lunghezza finita. Rimozione di non idealità dello switch.
– Misure di rumore: definizioni e prime proprietà. Il rumore nelle reti multiporta generalizzate. Sorgenti di rumore e loro caratterizzazione, ENR. Il metodo hot-cold. Misura di fattore di rumore. De-embedding dei dispositivi di accesso. Caratterizzazione di rumore di reti a due porte, estrazione dei parametri del modello di rumore. Il metodo del paraboloide di rumore. Il modello a temperatura equivalente di rumore.

– Richiami sulla propagazione di onde elettromagnetiche nelle strutture guidanti principali : guida d'onda rettangolare, cavo coassiale, microstriscia e guida d'onda coplanare.
– Discontinuità nelle strutture guidanti, gap, tees, crosses, step di impedenza e loro rappresentazione. Transizioni guida-cavo, cavo-microstriscia (lanciatori), guida-microstriscia. Connettori e loro classificazione, adattatori. Isolatori, circolatori, accoppiatori direzionali e ibride, attenuatori e terminazioni : definizioni e parametri caratteristici.
– Sensori di potenza e power meters : termistori, termocoppie, sensori LBSD e relativo power meter. Misure di potenza. Incertezza e metodi di stima.
– Analizzatori di Spettro a supereterodina: caratteristiche principali, banda di risoluzione, misura del rumore e preamplificazione. Estensione del range di misura.
– Caratterizzazione in potenza di dispositivi attivi: misure di load/source pull. Banchi di misura, riflettometria. Carichi attivi e passivi. Load pull armonico.

Testi adottati:
- Dispense del corso
Testi consigliati:
- A. Fantom, “Radio frequency & microwave power measurement”, IEE electrical measurement series 7, ed. Peter Peregrinus Ltd., Londra, Regno Unito
- Documentazione tecnica della strumentazione di laboratorio d'alta frequenza

I sistemi di ranging two-ways : radar e lidar; definizioni,
principi di funzionamento e applicazioni

I sistemi di comunicazione sicura : tecniche hardware e
software; definizioni, principi di funzionamento ed applicazioniI sistemi di contromisura: tecniche hardware e software; definizioni, principi di funzionamento e applicazioni.

Elettroni nei solidi, Semiconduttori, Modelli del trasporto di carica, Studio delle distribuzioni non uniformi di droganti, Contatto Metallo-Semiconduttore, Processi di ricombinazione e generazione, Giunzione PN, Dispositivi a resistenza differenziale negativa, Transistor a giunzione, Heterojunction bipolar transistor, Sistema Metallo-ossido-silicio, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MESFET ed HEMT.Introduzione ai sensori; circuiti per sensori resistivi e capacitivi; sensori di temperatura: termistori, circuiti PTAT; effetti termoelettrici, applicazioni e circuiti. Sensori di campo magnetico: sonde Hall, magnetoresistenze, AMR e GMR, fluxgate. Sensori ottici: interazioni radiazione materia, radiazione di corpo nero, fotoconduttori e fotodiodi, fotomoltiplicatori, rivelatori di immagini, sensori IR: bolometri, piroelettrici. Sensori meccanici: sensori di posizione, strain gauges, accelerometro, sensore micromeccanico, cenni di micromeccanica del silicio, giroscopio integrato, sensori di pressione, sensori di flusso.

– Richiami sulla propagazione guidata delle onde elettromagnetiche, linee di trasmissione, parametri caratteristici. Abaco di Smith e parametri di diffusione.
– Adattamento a banda stretta di un carico a microonde, utilizzando reti concentrate e distribuite. Cenni sull’adattamento a banda larga.
– Parametri caratteristici di un amplificatore a microonde: guadagno, adattamento, cifra di rumore, minimo segnale rivelabile, stabilità, potenza di uscita, distorsione.
– Definizioni di guadagno: di inserzione, disponibile, in potenza, di trasduzione, MAG. Adattamento simultaneo coniugato, condizioni necessarie e sufficienti. Cerchi a guadagno costante. Condizioni di stabilità per circuiti a microonde, stabilità condizionata e parametri di progetto.
– La progettazione di amplificatori lineari di guadagno: reti di adattamento, reti di polarizzazione, stabilizzazione. Cenni alla realizzazione del circuito in tecnologia ibrida e monolitica.
– Il rumore ad alta frequenza: definizioni dei parametri esterni e progettazione di amplificatori a basso rumore.
– Progettazione di amplificatori multi-ottava: amplificatore distribuito e amplificatore bilanciato.
– Criteri di stabilità per reti a due porte lineari applicati alle condizioni di oscillazione e di innesco. Metodologie di progettazione per oscillatori a microonde : risonatori, dispositivi e cenni realizzativi.
– Dispositivi a Vuoto. Principi di funzionamento. Effetto Termoelettrico. Diodi, triodi, tetrodi, pentodi, dispositivi a vuoto ad alta frequenza e loro principi di funzionamento.

Emissione termoionica
Diodo a vuoto
Dispositivi a vuoto a modulazione d'intensita'
Dispositivi a vuoto a modulazione di velocita'
Strutture ad onda lenta
Dispositivi a vuoto ad interazione distribuita
Magnetron
Inductive Output Tube

Dispense fornite dal docente.

PRINCIPALI TEMI TRATTATI

Fibre Ottiche: Principi della propagazione di luce guidata. Parametri fondamentali delle fibre ottiche. Tipi di fibre. Modi di propagazione. Dispersione ed attenuazione nelle fibre. Caratterizzazione di fibre ottiche. Tecniche di fabbricazione.

Materiali Semiconduttori: Concetti di base sui materiali semiconduttori. Processi di diffusione e ricombinazione. Fondamenti del trasporto di carica. Proprietà ottiche dei semiconduttori. Cenni su giunzioni p-n e diodi p-i-n. Eterostrutture: proprietà di base ed applicazioni.

LED (Light Emitting Diode): Emissione spontanea. Spettro della radiazione di ricombinazione. Efficienza quantica. Modulazione della radiazione ottica. Principi di funzionamento di LED. Applicazioni dei LED.

LASER: Emissione stimolata. Principi dell'azione laser. Proprietà della radiazione laser. Guadagno ottico in semiconduttori. Rate equations per Laser a semiconduttori.

Rivelatori Ottici: Assorbimento intrinseco ed efficienza quantica. Fotorivelatori a diodo p-i-n. Fotorivelatori a valanga (APD). Fotorivelatori ad eterogiunzione.

Modulazione della Radiazione Ottica

Sistemi di Comunicazione Ottica: Comunicazione ottica guidata. Esempi di progetti per sistemi di comunicazione ottica.

Materiale Didattico:
- Di Carlo, Lugli - "Appunti di Optoelettronica, I materiali Semiconduttori" - Aracne.
- A. Yariv - "Optical Electronics in modern Communications" - Oxford University Press.
- Reale, Di Carlo, Lugli - "Appunti di optoelettronica, Fibre ottiche e componenti a semiconduttore" - Aracne.

Testi consigliati:
A. Reale, A. Di Carlo, P. Lugli; "Fibre ottiche e componenti optoelettronici" - Aracne
A. Di Carlo, P. Lugli; "Appunti di Optoelettronica: Materiali Semiconduttori" - Aracne
Optical Communication System, J. Gowar - Prentice Hall
Fundamentals of Photonics, B.E.A. Saleh and M.C. Teich - Wiley

Segnali tempo discreto.
Operazioni su sequenze. Alterazione del rate. Simmetrie. Periodicità. Energia e potenza.
Sistemi tempo discreto.
Sistemi Lineari. Invarianti alla traslazione. Casuali. Stabili. Passivi e senza perdite.
Rappresentazione di segnali periodici in serie di Fourier e sviluppo dell'onda quadra. Estensione della serie di Fourier a segnali non periodici: la trasformata di Fourier tempo continua (CTFT). Le proprietà della CTFT. Teorema di Parseval e densità spettrale di potenza. Campionamento ideale, formula del campionamento e le sue implicazioni. Teorema del campionamento. Sviluppo in serie di Fourier dello spettro del segnale campionato: definizione del segnale tempo discreto, la Discrete Time Fourier Transform (DTFT) e le sue proprietà. Relazione fra la CTFT e la DTFT. Sovra-campionamento, sotto-campionamento e campionamento di segnali passabanda.
Elementi di Teoria dei Fenomeni Aleatori (TFA).
Variabili aleatorie. Funzioni di distribuzione cumulativa e di densità di probabilità. Percentili. Momenti centrali e non centrali. Relazione fra media. Varianza e potenza. Modelli uniforme e gaussiano. Il rumore AWGN. Generazione di distribuzioni custom con il metodo dei percentili.
Coppia di variabili aleatorie. Somma e prodotto di variabili aleatorie. Correlazione, covarianza e coefficiente di correlazione. Approssimazione lineare LMS (retta di regressione). La trasformata z e le sue proprietà. La funzione di trasferimento e funzioni di trasferimento di filtri IIR e FIR. Rappresentazione dei filtri digitali mediante grafi di flusso.La decomposizione polifase.
Progettazione di filtri IIR mediante trasformata biliare. Filtri FIR a fase lineare. Progettazione di filtri FIR mediante finestramento. Cenni su progettazione di filtri FIR assistita da calcolatore.
Campionamento della DTFT.
La trasformata di Fourier discreta (DFT) e le sue proprietà. Implicazioni del campionamento e condizioni per la corretta ricostruzione del segnale originale. Determinazione della funzione interpolante per la ricostruzione della DTFT dalla DFT. Traslazione circolare. Convoluzione circolare. Convoluzione lineare finita tramite DFT.
Convoluzione lineare infinita tramite DFT.
Overlap and add e overlap and save.
Calcolo della DFT.
La Trasformata di Fourier Veloce (FFT).
Elaborazione di immagini.
Caratterizzazione nel dominio dello spazio. Caratterizzazione nel dominio del tempo. 2D-DFT, consolazione 2D. Trasformazioni di intensità. L'equalizzazione di istogramma. Filtri spaziali di smoothing. Averaging filters. Filtri di ordine statistico (min/median/max filters). Filtri spaziali di sharpening. Filtro laplaciano. Unsharp masking e highboost filtering. Filtro gradiente. Filtri 2D nel dominio della frequenza. 2D-DCT, codifica di Huffman e compressione JPEG. Definizione di flusso video e cenni di compressione video.
Sistemi multirate.
Dispositivi di alterazione del sampling rate (down/up-sampler). Caratterizzazioni nel tempo e nella frequenza. Strutture multirate per la conversione del sampling rate. Il de cimatore. L'interpolatore e le loro caratterizzazioni nel dominio del tempo e della frequenza. Alterazioni frazionarie del sampling rate. Implementazione efficiente dell'interpolatore e del decimatore tramite decomposizione polifase. Banchi di filtri uniformi e implementazione polifase.

http://dspvlsi.uniroma2.it/teaching/sdesi

Libro: Digital Signal Processing - A computer Based Approach 4th

Autore: Sanjit K. Mitra

Introduzione.
Circuiti e layout.
Teoria del transistor CMOS.
Analisi statica e risposta ai transitori.
Potenza dissipata.
Simulazione SPICE.
Progetto di circuiti combinatori.
Famiglie circuitali.
Progetto di circuiti sequenziali.
Design for testability.
Scaling, aspetti economici.
Le problematiche nei circuiti.
Sommatori.
Unità funzionali datapath.
SRAM.
CAM, ROM, PLA.
Packaging, potenza e clock.
PLL e DLL.
Circuiti di I/O.
Un caso di studio.

Libro: CMOS VLSI Design - A Circuits and Systems Perspective 4th edition

Autore: Neil H. E. Weste, David Money Harris

Approssimazione con funzioni razionali. Funzioni di Butterworth, Chebychev, Chebychev inverso, razionali di Chebychev. Trasformazioni. Approssimazione di fase. Funzioni di Thomson. Funzioni ritardo. Reti passa-tutto.Funzioni di Sensibilità. Sensibilità multiparametrica. Sensibilità di reti a scala. Sensibilità dei coefficienti, poli. Teorema bilieare per la funzione di rete. Calcolo della sensibilità con la rete aggiunta.Proprietà delle reti LC. Sintesi di reti LC: Foster, Cauer. Rimozione dei poli all'infinito. Rimozione dei poli nell'origine. Reti semplicemente caricate. Spostamento degli zeri nella sintesi di funzioni di trasferimento. Reti a scala doppiamente caricate (cenni). Tabelle per il progetto di filtri.Filtri attivi RC a singolo amplificatore. Filtri biquad : Filtri di Sallen-Key a guadagno finito ed infinito.Filtri attivi RC nulti-amplificatore : Filtri a variabili di stato. Filtro di Tow-Thomas, Akeberg-Mossberg. Filtro attivo universale. Amplificatori Operazionali a Transconduttanza (OTA). Filtri OTA-C.Metodi diretti : GIN, GIC, Induttanze simulate, Resistori negativi dipendenti dalla frequenza (FDNR). Filtri Leapfrog. Filtri a condensatori commutati.Reti in current-mode: Current Conveyor. Trasformazione di circuiti voltage-mode/current-mode. Amplificatori operazionali in corrente (OCA).

1) Discretizzazione e controllo a tempo discreto.

- Introduzione della classe di sistemi lineari stazionari a tempo discreto.

- Richiami alla trasformata Zeta. Calcolo delle soluzioni delle equazioni alle differenze tramite la trasformata Zeta.

- I modi naturali dei sistemi a tempo discreto. Definizione di stabilità semplice ed asintotica per i sistemi a tempo discreto.

- Condizioni necessarie e sufficienti per la stabilità in base alle proprietà degli autovalori.

- Stabilizzazione di
un sistema a tempo discreto tramite assegnazione degli autovalori (richiamo
alle formule di Ackermann). I sistemi FIR.

-Discretizzazione di un sistema a tempo continuo. Proprietà del sistema discretizzato rispetto al tempo di campionamento. Fenomeno dell’aliasing. Filtri antialiasing.

2) Controllo robusto di sistemi stabili e a fase minima.

- Controllori PID:
predisposizione dei parametri mediante procedimenti basati sul comportamento al limite di stabilità. (primo metodo di Ziegler e Nichols).

- Scelta dei parametri tramite la conoscenza della funzione di trasferimento del modello. (secondo metodo di Ziegler e Nichols). Classi di sistemi controllabili da PID.

- I sistemi lineari caratterizzati da traiettorie da inseguire e/o disturbi da rigettare, nel caso in cui entrambi i tipi di segnali sono generati da un ‘esosistema’ lineare.
Soluzione tramite il principio del modello interno: il regolatore di Francis.

- Controllo robusto. Formula di sensitività. Primo e secondo Teorema di Bode.

3 Linearizzazione e controllo robusto di sistemi linearizzati.

- Linearizzazione.
Teorema di approssimazione Lineare.

- Teoria della stabilità di Lyapunov. la stabilità di un sistema lineare mediante funzioni quadratiche di Lyapunov.

- Controllo ottimo H-infinito.
Sintesi di un controllore sub-ottimo mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

- Filtro di Kalman.
Calcolo dei parametri del filtro mediante le soluzioni delle equazioni matriciali di Riccati.

Compensazione e effetto di ritardi. Predittore di Smith.

4) Reti neurali per il controllo.

- Introduzione alle
reti neurali artificiali ispirate alle reti biologiche di neuroni. Modelli matematici dei neuroni artificiali. Il percettrone secondo McCulloch e Pitts.

- Tipi di funzioni di attivazione. Reti neurali come grafi orientati. Architetture di Rete.

- Reti neurali multistrato di percettroni (MLPN). Derivazione dell'algoritmo di 'back­propagation' introdotto da Werbos.

- Dimensione dell'insieme di training.
Criteri di inizializzazione. Criteri di arresto.

- Validazione incrociata. Generalizzazione. Velocità di apprendimento. Metodi per migliorare le prestazioni dell' algoritmo di 'back -propagation'.

- Reti neurali a base radiale (RBFN) ad uno strato. Definizioni e proprietà. Approssimazione 'off-line' di funzioni nonlineari tramite RBFN i cui centri sono fissati apriori.

- Il teorema di approssimazione universale per reti RBFN.

- Confronto tra reti MLPN e RBFN.

- Algoritmi a tempo continuo di addestramento 'on-line' di reti RBFN con parametri lineari variabili e centri costanti, nell'ambito della teoria dell'osservazione adattativa.

5) Uso di Matlab e Simulink per analisi e sintesi dei sistemi dinamici.

- Richiami al software MATLAB.

- Introduzione al pacchetto 'neural networks toolbox' per l'addestramento di reti neurali MLPN e RBFN.

- Introduzione al 'tool' 'simulink' per la simulazione di sistemi di equazioni differenziali a tempo continuo e alle differenze a tempo discreto.

- Simulazione e progetto del controllo di temperatura per uno scambiatore di calore industriale.

Prima parte:

Richiami sulle variabili aleatorie e sulla teoria della probabilità
Richiami sulle tecniche di modulazione digitale
Struttura di un modulatore
Realizzazione di modulatori e demodulatori digitali
Tecniche polifase
Filtri formatori
Realizzazione di circuiti digitali per sistemi di telecomunicazioni basati sulle diverse tecnologie (FPGA, Gate Array, Standard Cell)

Seconda parte:

Classificazione dei sistemi di comunicazione e digitali, Generalità sulla sincronizzazione di sistemi.
PLL: Analisi delle caratteristiche del PLL, Filtro di loop, effetti del rumore, Rivelatori di fase, PLL a pompa di carica.
Comportamento dinamico di PLL: Inseguimento in presenza di rumore, Tecniche di acquisizione, Soglia di loop, Controllo di ampiezza e di frequenza.
Circuiti di sincronizzazione nei circuiti digitali: Distribuzione del clock, PLL, VCXO, TCXO.
Sintesi digitale di frequenza: Motivazioni, I convertitori D/A, Tecniche di generazione della fase, Generazione delle funzioni seno e coseno (realizzazione mediante: tabelle, Taylor, CORDIC).
Cenni sui loop digitali: Vari tipi di aggancio, Circuiti di ricostruzione del clock, della frequenza della fase.

Laboratorio:

Implementazione di sistemi digitali per le telecomunicazioni e per il Digital Signal Processing su FPGA Xilinx in ambiente System Generator/ISE.

Testi consigliati:
H. Meyr, G. Ascheid “Synchronization in Digital Communications” Wiley Series in Telecom
V.F. Kroupa (editor) “Direct Digital Frequency Synthesizers” IEEE Press
H. Meyr, M. Moeneclay, S.T. Fechtel “Digital Communication Receivers” Wiley Series in Telecom”

Conversione AD: modelli, rumore, architetture.
Conversione DA: modelli, architetture.
Amplificatori THA
Teorema del campionamento
Rappresentazioni numeriche, loro applicazioni e impatto sulla potenza dissipata
Modellizzazione degli effetti sulla scelta delle lunghezze di parola
Parallelismo spaziale, architetture Pipeline e architetture sistoliche
Implementazioni HW di circuiti aritmerici
Banchi di filtri polifase
Simulazioni di architetture Floating Point e Fixed Point
FPGAs e loro utilizzo nell'implementazione di filtri e bachi di filtri digitali

Testi consigliati:
Lars Wanhammar, “DSP Integrated Circuits”, Academic Press, 1999
Edward A. Lee, “DSP Processor Fundamentals”, Berkeley Design Technology Inc.
V. K. Madisetti, “VLSI Digital Signal Processor”, IEEE Press
S. K. Mitra, “ Digital Signal Processing: a computer based approach”, Mc-Graw-Hill
S. K. Mitra, J.F. Kaiser, “Handbook for Digital Signal Processing”, Wiley – Interscience Publications.

Conversione AD: modelli, rumore, architetture.
Conversione DA: modelli, architetture.
Amplificatori THA
Teorema del campionamento
Rappresentazioni numeriche, loro applicazioni e impatto sulla potenza dissipata
Modellizzazione degli effetti sulla scelta delle lunghezze di parola
Parallelismo spaziale, architetture Pipeline e architetture sistoliche
Implementazioni HW di circuiti aritmerici
Banchi di filtri polifase
Simulazioni di architetture Floating Point e Fixed Point
FPGAs e loro utilizzo nell'implementazione di filtri e bachi di filtri digitali

Testi consigliati:
Brian Young “Digital Signal Integrity: Modelling and Simulation with Interconnects and Packages “ (Prentice Hall Modern Semiconductor Design Series) Prentice Hall PTR; ISBN: 0130289043
Howard W. Johnson High Speed Digital Design a Handbook of Black Magic Prentice All, 1993
Clyde F., Jr. Coombs (Editor) “Printed Circuits Handbook” Mc Graw Hill Text; ISBN: 0070127549
W. Brown “Advanced Electronic Packaging: with emphasis on multichip modules IEEE Press Series

Teoria del suono. Elementi di fisica acustica ed acustica musicale. Elementi di psicoacustica. Elementi di elettroacustica. Rappresentazione numerica del suono. Rappresentazione nel dominio del tempo e della frequenza.
Sintesi del suono. Oscillatore digitale. Sintesi additiva. Sintesi per modulazione d’ampiezza. Sintesi per modulazione frequenza. Sintesi sottrattiva. Tecniche PCM. Sintesi granulare. Sintesi per modelli fisici
Elaborazione digitale del suono. Riverberazione del suono. Tempo reale e tempo differito. La spazializzazione del suono. Note sulla percezione sonora. Musica elettronica e simulazione d’ambiente. Algoritmo di Chowning per la localizzazione di una sorgente sonora virtuale.

Dispense a cura del docente.
John R. Pierce, La scienza del suono, Zanichelli, Bologna 1992.
Curtis Roads, The computer music tutorial, MIT Press., Cambridge, Massachussets
Andrea Frova, Fisica nella musica, Zanichelli, Bologna 1999.