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FONDAMENTI DI ELETTRONICA
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
questo insegnamento si propone di fornire agli allievi le conoscenze necessarie per la analisi e la sintesi dei sistemi elettronici mostrati a lezione e i mezzi matematici per la loro risoluzione. Il corso ha carattere applicativo e teorico, è quindi importante che oltre alla conoscenza degli argomenti di teoria lo studente sia capace di risolvere problemi concreti, come quelli presentati durante le esercitazioni.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
gli studenti avranno compreso le tecniche di analisi e di sintesi utilizzate nel trattamento dei sistemi elettronici mostrati a lezione, ed acquisito le conoscenze necessarie per realizzare simulazioni tramite software di diverso tipo.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
gli studenti saranno in grado di valutare quale metodo conviene impiegare per la la analisi del sistema in esame, con lo scopo di semplificare e rendere più affidabile la soluzione e la sua simulazione.
Infine, saranno in grado di usare diversi software per effettuare l'analisi di sistemi elettronici in differenti regimi di funzionamento.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
le modalità di verifica implementate porteranno gli studenti a 1) saper scegliere con rapidità la metodologia da adottare per la risoluzione dei problemi proposti, e 2) essere in grado di illustrare in modo sintetico ed analitico le tematiche oggetto del corso facendo uso di equazioni e schemi.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO e AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
con il materiale didattico presentato a lezione (sia scritto che video) e la lista di riferimenti bibliografici proposta dai docenti, gli studenti hanno la possibilità di allargare autonomamente la propria conoscenza della materia integrando tematiche non direttamente affrontate nel corso.
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RE MARCO
( programma)
GENERALITA SUI SISTEMI DIGITALI
SISTEMI SEQUENZIALI E SISTEMI COMBINATORI
CODICI
SPECIFICA DI DISTEMI COMBINATORI
PORTE LOGICHE IN TECNOLOGIA CMOS
SINTESI DI SISTEMI COMBINATORI MEDIANTE FORME CANONICHE EMAMPE DI KARNAUGH
SISTEMI SEQUENZIALI SPECIFICA
MACCHINE DI MEALY E DI MOORE
TABELLA DI TRANSIZIONE DI STATO
DIAGRAMMA DI STATO
FLIP FLOP
LATCH
SINTESI DI MACCHINE SEQUENZIALI
PLA-PLD
FPGA CENNI
ANALISI DEL TIMING DI CIRCUITI SEQUENZIALI E COMBINATORI
 SLIDES DEL DOCENTE
Book: Introduction to Digital Systems
Authors: Milos Ercegovac, Tomas Lang, Jaime H. Moreno
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MARTINELLI EUGENIO
( programma)
Elettroni equivalenti per atomo.
Calcolo della resistività di un materiale.
Classificazione su base bande di energia di: semiconduttori, isolanti e metalli.
Funzione lavoro, affinità chimica e funzione di Fermi.
Alcuni materiali fondamentali: silicio, germanio.
I processi di drogaggio dei semiconduttori.
I possibili difetti nel silicio mono-poli cristallino ed amorfo.
Misura dei difetti e conseguenze dei medesimi nella conduzione elettronica.
Elettroni e lacune.
Equazioni fenomenologiche dei semiconduttori: drift/diffusion, continuità, quasi stazionarietà, Poisson, conservazione della carica.
Risposta temporale e risposta in frequenza di partitori resistivi-capacitivi-induttivi.
Generatori di corrente e tensione.
Ricapitolazione dei teoremi fondamentali: Norton e Thevenin, sovrapposizione, minima energia, sostituzione, Miller.
Il rumore fondamentale nei componenti elettronici: origine e rappresentazione.
Matrici: impedenza, scattering, a parametri ibridi, etc.
Calcolo della funzione di trasferimento di alcuni quadrupoli.
La giunzione p/n: carica, campo e potenziale, espressione della corrente e grafico.
Alcune applicazioni dei diodi.
La capacità di giunzione, la resistenza differenziale ed il circuito equivalente per piccoli segnali.
Tipi di diodi: Schottky, Zener. Applicazioni.
Il transistore npn e pnp. Equazione della corrente di collettore. Curve caratteristiche di ingresso e di uscita. Punto di lavoro.
Circuiti equivalente per piccoli segnali: calcolo del guadagno di tensione, di corrente e delle impedenze di ingresso e di uscita per le diverse configurazioni.
Implicazioni sul modello derivante da segnali di frequenza elevata.
Il MOSFET: equazione della corrente e modello per piccoli segnali. Circuiti equivalente per piccoli segnali: calcolo del guadagno di tensione, di corrente e delle impedenze di ingresso e di uscita per le diverse configurazioni.
Esempi di strutture circuitali con due transistori accoppiati.
Specchi di corrente con BJT e MOSFET.
Introduzione ai sistemi digitali
Specifica di sistemi combinatori ad alto livello.
Specifica di sistemi combinatori a livello binario. Codifica e decodifica, codici. Rappresentazione binaria di numeri interi con e senza segno. Analisi di circuiti combinatori dal livello binario a livello comportamentale. Logica Booleana. Rappresentazioni canoniche di reti combinatorie (somma di prodotti, prodotti di somme). Caratteristiche di circuiti integrati CMOS orientati alla sintesi di sistemi combinatori. Margine di rumore. Porte Logiche architetture CMOS (NAND, NOR, XOR, AND, OR, MUX, BUFFER, BUFFER Three state). Implementazioni basate su transistori e transmission gates. Modellazione del comportamento temporale. Descrizione ed analisi di reti di porte logiche. Progetto di sistemi combinatori. Reti a due livelli minime il metodo delle mappe di Karnough. Maximum Delay path per circuiti combinatori. Reti multilivello: fattorizzazione e sharing. Circuiti combinatori programmabili: FPGAs cenni, Programmable Array Logic (PAL), Programmable Logic Array (PLA).
I sistemi sequenziali
Sistemi sequenziali sincroni. Analisi di circuiti sequenziali: tabella di transizione di stato, diagramma di stato, comportamento temporale di macchine a stati finiti. Analisi ad alto livello, analisi di macchine sequenziali partendo da specifica binaria (circuito). Architetture ed equazioni delle Macchine di Mealy e delle Macchine di Moore. Architettura dei flip flops: gated-latch, edge-triggered flip-flop, flip-flop tipo D, T, SR e JK. Tempi caratteristici dei Flip Flop. Analisi e sintesi di sistemi sequenziali. Parametri caratteristici sistemi sequenziali: costo, timing, massima frequenza funzionamento. Progetto di macchine sequenziali con codifica speciale degli stati: un flip-flop per stato, registro di stato a scorrimento (shifting state register).
Convertitori A/D e D/A.
Cenni ai linguaggi di descrizione dell'hardware (VHDL).
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ING-INF/01
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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FONDAMENTI DI TELECOMUNICAZIONI
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
questo insegnamento si propone di fornire agli allievi le conoscenze necessarie per la analisi e la sintesi dei sistemi elettronici mostrati a lezione e i mezzi matematici per la loro risoluzione. Il corso ha carattere applicativo e teorico, è quindi importante che oltre alla conoscenza degli argomenti di teoria lo studente sia capace di risolvere problemi concreti, come quelli presentati durante le esercitazioni.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
gli studenti avranno compreso le tecniche di analisi e di sintesi utilizzate nel trattamento dei sistemi elettronici mostrati a lezione, ed acquisito le conoscenze necessarie per realizzare simulazioni tramite software di diverso tipo.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
gli studenti saranno in grado di valutare quale metodo conviene impiegare per la la analisi del sistema in esame, con lo scopo di semplificare e rendere più affidabile la soluzione e la sua simulazione.
Infine, saranno in grado di usare diversi software per effettuare l'analisi di sistemi elettronici in differenti regimi di funzionamento.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
le modalità di verifica implementate porteranno gli studenti a 1) saper scegliere con rapidità la metodologia da adottare per la risoluzione dei problemi proposti, e 2) essere in grado di illustrare in modo sintetico ed analitico le tematiche oggetto del corso facendo uso di equazioni e schemi.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO e AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
con il materiale didattico presentato a lezione (sia scritto che video) e la lista di riferimenti bibliografici proposta dai docenti, gli studenti hanno la possibilità di allargare autonomamente la propria conoscenza della materia integrando tematiche non direttamente affrontate nel corso.
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BIANCHI GIUSEPPE
( programma)
1 - Introduzione al corso.
1.1 generalità: Segnali, trasmissioni, reti, architetture, protocolli, incapsulamento. Architettura di Internet. Servizi, sistemi, strati protocollari, modello OSI vs. TCP/IP, cenni ad attacchi (ARP poisoning, DNS spoofing) e vulnerabilità.
1.2: modi di trasferimento: Multiplazione e commutazione. Multiplazione TDM: trama, slot. Commutazione a circuito. Segnalazione. Commutazione a pacchetto: vantaggi e svantaggi. Commutazione a circuito virtuale, label switching, esempi (MPLS, TOR).
1.3 Accesso multiplo: concetti di base, FDMA, TDMA, hybrid TDMA/FDMA, cenni a CDMA. Acesso casuale: ALOHA, prestazioni di ALOHA e Slotted Aloha, carrier sense (CSMA) e vantaggi su ALOHA.
2. Tecnologie di rete in area locale.
2.1. Ethernet di base. Storia, standardizzazione 802, mezzi trasmissivi, topologie, hub ed architetture a stella. Trama ethernet: preamboli e codifica, indirizzi, CRC. Accesso multiplo: CSMA/CD, collisioni, diametro di rete, backoff.
2.2. Ethernet commutata: repeater, bridge e switch, dominio broadcast vs dominio collisione, buffering in bridge, cut-through, learning e forwarding, cenni a TCAM, hash tables, ed HW per forwarding, cenni a sicurezza.
2.3. Wireless LAN, interfaccia radio: introduzione, cenni storici, canale radio, adaptive modulation/coding. CSMA/CA, Hidden ACK ed Hidden terminal: virtual carrier sense; duration field, handshake RTS/CTS. Backoff: differenze con Ethernet, dettagli del protocollo DCF 802.11. Throughput in 802.11, calcolo overhead 802.11, performance anomaly e calcolo throughput con più terminali.
2.4. Wireless LAN, architettura di rete: indirizzamento in WLAN; BSS, IBSS/ad-hoc, formato trame, ESS, Distribution Service, perché 4 indirizzi in Wireless Distribution Service.
3. Controllo della trasmissione e dell’errore.
3.1. Codici per il controllo dell’errore: Error detection: Frame Check Sequence, concetto di distanza, algoritmi e polinomi per calcolo CRC. Error Correction con codici a blocchi, BCH, Reed-Solomon. Error Correction con codici convoluzionali, prestazioni asintotiche. Cenni a decodifica soft e turbo-codici.
3.2. Automatic Retransmission Request: Scenari di ritrasmissione, FEC vs ARQ vs Network Coding. Modelli per calcolo prestazioni: Stop & Wait, pipelining, condizioni per trasmissione continua. Prodotto banda ritardo. Applicazione a throughput limite di TCP. Go Back N e Selective Repeat: dettagli. Esempio: il caso del protocollo HDLC (incapsulamento, bit stuffing, byte stuffing, controllo di errore, tipologie di trame).
4. Reti radiomobili cellulari
4.1 – Basi di propagazione e canale radio: legge di Friis, modelli di attenuazione, cenni a modello a due raggi, modello con distanza di riferimento, modelli empirici (es. Okumura-Hata). Fading e modelli di fading (Modello LogNormale per shadowing), margine di fading, calcoli di outage con erf/erfc e dimensionamento celle radio.
4.2 – Gestione delle risorse in sistemi cellulari (basi): riuso delle frequenze, cluster, distanza di riuso, interferenza co-canale, esempi di dimensionamento. Settorizzazione antenne, calcolo CCI per antenne trisettorizzate e per settori a 60°.
5. Elementi di segnali e trasmissione.
5.1 Segnali: generalità, modellizzazione TX/RX, segnali particolari (gradino, segno, rettangolo, sinc, etc). Energia del segnale, potenza del segnale, impulso. sistemi lineari tempo invarianti, convoluzione, correlazione. Crosscorrelazione, autocorrelazione, relazioni principali, energia mutua. Connessione di quadripoli in cascata e mutuo adattamento.
5.2 Rappresentazione di segnali e Fourier. Famiglie di segnali ortogonali/ortonormali, funzioni circolari come segnali ortogonali, serie di Fourier, trasformata di Fourier, trasformate notevoli con esercizi, trasformate di segnali limitati nel tempo,
concetto di Banda. Teorema del campionamento / Nyquist. Ricostruzione dei segnali a partire da campioni. Segnale analitico.
5.3: elementi di trasmissione: banda minima, segnalazione binaria, comunicazione in banda base, probabilità di errore in funzione del rapporto Eb/N0. Il concetto di modulazione. Modulazione analogica. Modulazione di ampiezza, frequenza, fase. Tecniche di base di modulazione digitale: BPSK, QPSK, QAM.
6. Elementi di dimensionamento dei sistemi e teoria delle code.
6.1 – sistemi a circuito (pura perdita). Traffico come processo ON/OFF, descrizioe statistica, intensità del traffico. Concetto di Erlang di traffico. Statistiche del traffico offerto: distribuzione binomiale, approssimazione di Poisson. Traffico smaltito: proporzionalità del traffico smaltito e calcolo distribuzione traffico smaltito. Formula B di Erlang. Traffico smaltito in Erlang, traffico perduto, traffico piccato/livellato e traffico di trabocco, efficienza, relazioni tra le varie grandezze. Aggregazioni e multiplazione statistica. Esempi di pianificazione cellulare, con trade-off tra dimensionamento radio e dimensionamento in base al traffico
6.2 – catene di Markov: Distribuzione esponenziale negativa, assenza di memoria, paradosso della vita residua, legame con distribuzione di Poisson. Processi a stati discreti, catene, diagramma degli stati, frequenze di transizione di stato. Processo di sola nascita. Catene di Markov, equazioni di Chapman-Kolmogorov, bilancio flussi di probabilità in regime transitorio. Distribuzione stazionaria: bilancio dei flussi di probabilità a regime: teorema di conservazione.
6.3 – elementi di teoria delle code. Sistemi a coda, notazione di Kendall, discipline di servizio. Distribuzione stazionaria per coda M/M/N/N e ri-derivazione formula B di Erlang.. Coda M/M/1: introduzione e calcolo distribuzione stazionaria, indici prestazionali, ritardo di coda e nel sistema, legge di Little. Coda N/N/C e guadagno di multiplazione rispetto a C x M/M/1, formula C di Erlang. Coda M/M/C/C/K e formula di Engset.
A. Pattavina, “Reti di Telecomunicazione”, Wiley, 2015
G. Bianchi, “Introduzione alle catene di Markov”, Dispense fornite dal docente.
F. Valdoni, “Segnali e trasmissione”, dispense fornite dal docente.
Altro materiale (slides) fornito dal docente
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GIACONI MAURO
( programma)
1 - Introduzione al corso.
1.1 generalità: Segnali, trasmissioni, reti, architetture, protocolli, incapsulamento. Architettura di Internet. Servizi, sistemi, strati protocollari, modello OSI vs. TCP/IP, cenni ad attacchi (ARP poisoning, DNS spoofing) e vulnerabilità.
1.2: modi di trasferimento: Multiplazione e commutazione. Multiplazione TDM: trama, slot. Commutazione a circuito. Segnalazione. Commutazione a pacchetto: vantaggi e svantaggi. Commutazione a circuito virtuale, label switching, esempi (MPLS, TOR).
1.3 Accesso multiplo: concetti di base, FDMA, TDMA, hybrid TDMA/FDMA, cenni a CDMA. Acesso casuale: ALOHA, prestazioni di ALOHA e Slotted Aloha, carrier sense (CSMA) e vantaggi su ALOHA.
2. Tecnologie di rete in area locale.
2.1. Ethernet di base. Storia, standardizzazione 802, mezzi trasmissivi, topologie, hub ed architetture a stella. Trama ethernet: preamboli e codifica, indirizzi, CRC. Accesso multiplo: CSMA/CD, collisioni, diametro di rete, backoff.
2.2. Ethernet commutata: repeater, bridge e switch, dominio broadcast vs dominio collisione, buffering in bridge, cut-through, learning e forwarding, cenni a TCAM, hash tables, ed HW per forwarding, cenni a sicurezza.
2.3. Wireless LAN, interfaccia radio: introduzione, cenni storici, canale radio, adaptive modulation/coding. CSMA/CA, Hidden ACK ed Hidden terminal: virtual carrier sense; duration field, handshake RTS/CTS. Backoff: differenze con Ethernet, dettagli del protocollo DCF 802.11. Throughput in 802.11, calcolo overhead 802.11, performance anomaly e calcolo throughput con più terminali.
2.4. Wireless LAN, architettura di rete: indirizzamento in WLAN; BSS, IBSS/ad-hoc, formato trame, ESS, Distribution Service, perché 4 indirizzi in Wireless Distribution Service.
3. Controllo della trasmissione e dell’errore.
3.1. Codici per il controllo dell’errore: Error detection: Frame Check Sequence, concetto di distanza, algoritmi e polinomi per calcolo CRC. Error Correction con codici a blocchi, BCH, Reed-Solomon. Error Correction con codici convoluzionali, prestazioni asintotiche. Cenni a decodifica soft e turbo-codici.
3.2. Automatic Retransmission Request: Scenari di ritrasmissione, FEC vs ARQ vs Network Coding. Modelli per calcolo prestazioni: Stop & Wait, pipelining, condizioni per trasmissione continua. Prodotto banda ritardo. Applicazione a throughput limite di TCP. Go Back N e Selective Repeat: dettagli. Esempio: il caso del protocollo HDLC (incapsulamento, bit stuffing, byte stuffing, controllo di errore, tipologie di trame).
4. Reti radiomobili cellulari
4.1 – Basi di propagazione e canale radio: legge di Friis, modelli di attenuazione, cenni a modello a due raggi, modello con distanza di riferimento, modelli empirici (es. Okumura-Hata). Fading e modelli di fading (Modello LogNormale per shadowing), margine di fading, calcoli di outage con erf/erfc e dimensionamento celle radio.
4.2 – Gestione delle risorse in sistemi cellulari (basi): riuso delle frequenze, cluster, distanza di riuso, interferenza co-canale, esempi di dimensionamento. Settorizzazione antenne, calcolo CCI per antenne trisettorizzate e per settori a 60°.
5. Elementi di segnali e trasmissione.
5.1 Segnali: generalità, modellizzazione TX/RX, segnali particolari (gradino, segno, rettangolo, sinc, etc). Energia del segnale, potenza del segnale, impulso. sistemi lineari tempo invarianti, convoluzione, correlazione. Crosscorrelazione, autocorrelazione, relazioni principali, energia mutua. Connessione di quadripoli in cascata e mutuo adattamento.
5.2 Rappresentazione di segnali e Fourier. Famiglie di segnali ortogonali/ortonormali, funzioni circolari come segnali ortogonali, serie di Fourier, trasformata di Fourier, trasformate notevoli con esercizi, trasformate di segnali limitati nel tempo,
concetto di Banda. Teorema del campionamento / Nyquist. Ricostruzione dei segnali a partire da campioni. Segnale analitico.
5.3: elementi di trasmissione: banda minima, segnalazione binaria, comunicazione in banda base, probabilità di errore in funzione del rapporto Eb/N0. Il concetto di modulazione. Modulazione analogica. Modulazione di ampiezza, frequenza, fase. Tecniche di base di modulazione digitale: BPSK, QPSK, QAM.
6. Elementi di dimensionamento dei sistemi e teoria delle code.
6.1 – sistemi a circuito (pura perdita). Traffico come processo ON/OFF, descrizioe statistica, intensità del traffico. Concetto di Erlang di traffico. Statistiche del traffico offerto: distribuzione binomiale, approssimazione di Poisson. Traffico smaltito: proporzionalità del traffico smaltito e calcolo distribuzione traffico smaltito. Formula B di Erlang. Traffico smaltito in Erlang, traffico perduto, traffico piccato/livellato e traffico di trabocco, efficienza, relazioni tra le varie grandezze. Aggregazioni e multiplazione statistica. Esempi di pianificazione cellulare, con trade-off tra dimensionamento radio e dimensionamento in base al traffico
6.2 – catene di Markov: Distribuzione esponenziale negativa, assenza di memoria, paradosso della vita residua, legame con distribuzione di Poisson. Processi a stati discreti, catene, diagramma degli stati, frequenze di transizione di stato. Processo di sola nascita. Catene di Markov, equazioni di Chapman-Kolmogorov, bilancio flussi di probabilità in regime transitorio. Distribuzione stazionaria: bilancio dei flussi di probabilità a regime: teorema di conservazione.
6.3 – elementi di teoria delle code. Sistemi a coda, notazione di Kendall, discipline di servizio. Distribuzione stazionaria per coda M/M/N/N e ri-derivazione formula B di Erlang.. Coda M/M/1: introduzione e calcolo distribuzione stazionaria, indici prestazionali, ritardo di coda e nel sistema, legge di Little. Coda N/N/C e guadagno di multiplazione rispetto a C x M/M/1, formula C di Erlang. Coda M/M/C/C/K e formula di Engset.
A. Pattavina, “Reti di Telecomunicazione”, Wiley, 2015
G. Bianchi, “Introduzione alle catene di Markov”, Dispense fornite dal docente.
F. Valdoni, “Segnali e trasmissione”, dispense fornite dal docente.
Altro materiale (slides) fornito dal docente
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