Corso di laurea magistrale - Area di Ingegneria - Accesso libero con verifica del possesso dei requisiti curriculari - Classe LM-29 (D.M. 270/2004)
Informazioni generali
Descrizione e obiettivi formativi
Il Corso, assieme a fornire il necessario affinamento metodologico e di base che completa la formazione di primo livello, prepara lo studente ad affrontare problematiche progettuali ed implementative riguardanti i maggiori settori in cui l'elettronica moderna viene a coniugarsi: dall'elettronica per l'energia a quella per la salute e l'ambiente, dall'elettronica per l'industria a quella per lo spazio e la sicurezza, oltre che per le telecomunicazioni e la multimedialità. Il percorso formativo permette differenti indirizzi, orientati alle applicazioni di maggiore interesse
Il corso forma competenze specialistiche nel campo dell’elettronica e delle tecnologie dell'informazione, dalla fisica dei dispositivi ai sistemi complessi. Fornisce metodologie e strumenti progettuali specifici per l'analisi e la progettazione di componenti microelettronici, nanoelettronici e sensori; competenze hardware e software a largo spettro finalizzate all'analisi e alla progettazione di sistemi elettronici complessi sia analogici che digitali, per applicazioni nelle aree più diverse.
In dettaglio, sono oggetto del corso oggetto: circuiti, sottosistemi, sistemi e apparati elettronici e microelettronici per applicazioni nelle aree dell'informazione, della medicina, della logistica, dello spazio, dell'avionica; algoritmi e architetture per il trattamento dei segnali e dei dati; tecnologie per la realizzazione di componenti microelettronici, optoelettronici e di potenza, tecnologie per la realizzazione di sensori, sistemi di acquisizione dati, circuiti e sistemi integrati ad iperfrequenze per applicazioni terrestri e satellitari.
Sbocchi professionali
Il laureato magistrale ha le competenze necessarie per l’inserimento in vari livelli di responsabilità nelle aziende pubbliche e private, con particolare riferimento alle aree della progettazione, realizzazione e gestione di circuiti, sottosistemi e sistemi elettronici per le telecomunicazioni, l'informatica, i controlli, la medicina, l'ambiente e lo spazio. Egli opera con ampia autonomia decisionale, e sa fornire un contributo anche innovativo, utilizzando strumenti e metodologie progettuali e gestionali avanzati.
È inoltre possibile l’impiego nei servizi per le tecnologie dell'informazione e della comunicazione e nella ricerca scientifica e tecnologica.
Condizione occupazionale (indicatori di efficacia e livello di soddisfazione dei laureandi):
http://statistiche.almalaurea.it/universita/statistiche/trasparenza?CODICIONE=0580207303000001
Valutazione della didattica - Studenti
Anno accademico precedente
Riferimenti web e contatti
Sito Web: http://www.elettronica.uniroma2.it
Coordinatore: Prof. Marcello Salmeri
Email salmeri@ing.uniroma2.it - tel: 06 7259 7373
Segreteria didattica:
Sig.ra Rosanna Gervasio
Tel: 06 7259 7459
E-mail: rosanna.gervasio@uniroma2.it
Per ulteriori informazioni consulta anche il sito web di Facoltà:
http://ing.uniroma2.it/didattica/corsi-di-laurea/
Lo studente al fine di ottenere la Laurea Magistrale in Ingegneria è tenuto allo svolgimento di una prova finale che consiste - nello svolgimento di un lavoro sperimentale, di ricerca o compilativo seguito da un relatore (docente dell'Ateneo) e da eventuale/i correlatore/i dell'università, di un centro di ricerca o di una azienda (secondo dove sia stato svolto il lavoro); - dalla scrittura di un elaborato che riassuma le modalità e i risultati del lavoro mettendo in risalto il contributo personale dello studente; - l'esposizione del lavoro di tesi davanti ad apposita commissione. Nel caso la commissione riterrà il lavoro di tesi congruo, essa assegnerà, in piena libertà di giudizio, un voto finale di laurea in 110 che tenga conto del lavoro di tesi stesso (valutando tutti i parametri che riterrà opportuni, tra i quali l'originalità, il metodo, i rsultati) e del curriculum dello studente.
Il Consiglio di Corso di Studi, stabilisce, a titolo indicativo, una votazione di partenza che tiene conto del curriculum e un intervallo di punteggio da assegnare alla tesi stessa, in modo da rendere il giudizio globale non eccessivamente soggettivo.
L'immatricolazione alla Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica è subordinata alla verifica del possesso dei requisiti curricolari e della preparazione personale dei candidati in specifici settori. Lo studente che desidera iscriversi al Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica dovrà quindi far domanda al Coordinatore del Corso di Studio che provvederà ad avviare la procedura.
Le procedure amministrative possono essere consultate sul sito web della Segreteria Studenti di Macroarea.
Il Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica ha l'obiettivo di fornire una preparazione che, assieme al necessario affinamento metodologico e di base che completa la formazione di primo livello, prepari lo studente ad affrontare problematiche progettuali ed implementative riguardanti i maggiori settori in cui l'elettronica moderna viene a coniugarsi. Sono previsti infatti, oltre a un forte supporto di competenze di base, diversi percorsi formativi, che spaziano dall'elettronica per l'energia a quella per la salute e l'ambiente, dall'elettronica per l'industria a quella per lo spazio e la sicurezza, oltre che per le telecomunicazioni e la multimedialità.
L'immatricolazione alla Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica è subordinata alla verifica del possesso dei requisiti curricolari e della preparazione personale dei candidati in specifici settori. I termini quantitativi e le modalità con le quali tali verifiche vengono effettuate sono dettagliati nel regolamento didattico del corso di studi magistrale in Ingegneria Elettronica. In ogni caso, l'ammissione alla Laurea Magistrale è subordinata alla verifica del possesso di specifici requisiti curriculari, indicati in termini di Crediti Formativi minimi acquisiti in specifici ambiti (SSD o gruppi di SSD) e definiti nel regolamento didattico del corso di studi magistrale in Ingegneria Elettronica.
Tali requisiti sono, di norma, soddisfatti con il possesso di un titolo di Laurea della Classe L-8 (Ingegneria dell'Informazione). Specificatamente, deve essere stata acquisita una adeguata preparazione nelle materie ritenute di base, nei settori dell'analisi matematica (MAT/05), della geometria (MAT/03) e della fisica (FIS/01 e FIS/03). È previsto chiaramente l'accertamento del possesso di un congruo numero minimo di crediti formativi nel settore, caratterizzante, ING-INF/01 (Elettronica), nonché conoscenze di base in settori ritenuti parimenti significativi (ING-INF/03 Telecomunicazioni, ING-INF/07 Misure Elettriche ed Elettroniche tra gli altri) e comunque ricadenti nell'area ICT. Infine, requisito curricolare determinante consiste nell'aver acquisito adeguata padronanza di una lingua dell'Unione Europea oltre l'italiano, in forma scritta ed orale, fondamentale non soltanto per la figura professionale risultante, ma anche per un proficuo svolgimento degli studi magistrali stessi. Nel caso in cui il consiglio di dipartimento di Ingegneria Elettronica ritenga, applicando le norme di accesso indicate nel regolamento didattico, che il curriculum dello studente non soddisfi tali requisiti, lo studente, prima di poter procedere all'immatricolazione, dovrà acquisire tali competenze. Successivamente al positivo accertamento del possesso dei requisiti curricolari, verrà comunque svolta una verifica dell'adeguatezza della preparazione personale degli immatricolandi.
Tale verifica verrà svolta con le modalità indicate nel regolamento didattico del corso di studi magistrale in Ingegneria Elettronica, ed includerà anche la verifica della necessaria padronanza di una lingua dell'unione europea.
L'Ingegneria Elettronica è una specializzazione nell'area delle Tecnologie dell'Informazione e della Comunicazione (ICT), orientata per tradizione e cultura a fornire gli strumenti necessari per la comprensione, la valutazione e la progettazione di circuiti e sistemi elettronici nei settori più diversi. Ė' evidente agli occhi di tutti l'importanza che l'elettronica ha assunto e sempre più sta assumendo, oltre che nel settore dell'ICT, in altri ambiti, quali i trasporti, i beni culturali, l'ambiente, la biomedicina, il settore agroalimentare, la meccanica, la demotica, i sistemi di controllo industriali, ecc. La previsione di due livelli individua due diverse esigenze, la prima quella corrispondente alla necessità di un numero adeguato di tecnici in grado di fornire, opportunamente guidati, prestazioni professionali nel settore, la seconda quella di preparare ingegneri in grado di affrontare e risolvere problemi nuovi o di elavata complessità. Pur nella separazione delle lauree prevista dalla nuova normativa, la laurea magistrale ha come presupposto le competenze acquisite e gli strumenti professionali acquisiti nella laurea di primo livello, che vengono utilizzati per affrontare le problematiche progettuali di specifici settori applicativi. La laurea magistrale in ingegneria elettronica prevede diversi indirizzi, orientati alle applicazioni di maggiore interesse sia nell'area geografica di riferimento che per interesse oggettivo.
In particolare si spazia dall'elettronica per l'energia a quella per la salute e l'ambiente, dall'elettronica per l'industria a quella per lo spazio e la sicurezza, oltre che per le telecomunicazioni e la multimedialità. Inoltre nell'ambito del corso di laurea è dato un adeguato spazio agli aspetti tecnologici, in collegamento con le attività di ricerca svolte nell'Ateneo.
Programma: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.
Nella prima par vengono richiamati i principi di base della propagazione delle onde elettromagnetiche con il modello delle linee di trasmissione e poi con la teoria del potenziali di radiazione e della funzione di Green. Vengono quindi introdotte le antenne elementari e le sorgenti distribuite ed i loro parametri di prestazione. Successivamente si descrive una metodo numerico per la rappresentazione digitale di elementi radianti al calcolatore e si spiega come usare un solutore commerciale basato su tale metodo. Si passa quindi ai sistemi wireless per applicazioni broadcasting basati su antenne filo e poi alle configurazione ad array per applicazioni alle comunicazioni punto-punto, i sistemi radar ed la comunicazione cellulare adattativa. Nella sezione successiva vengono introdotte le antenne per comunicazioni personali (cellulare, notebook, dispositivi wearable basati sulle antenne in microstriscia) e si descrive l'intero sistema di comunicazione. Negli ultimi 3 CFU (facoltativi per il corso da 6 CFU) vengono introdotte le antenna per comunicazione a banda larga e ultra larga basate su dispositivi volumetrici e auto-scalanti ed infine vengono descritti i sistemi di antenne a riflettore per comunicazione direttiva su lunghe distanze. Le lezioni frontali sono completate da numerose esercitazioni numeriche interattiva anche con l'uso di simulatori elettromagnetici In dettaglio: 1. INTRODUZIONE ALL'IRRADIAZIONE (2h) Cronologia essenziale. Meccanismi di radiazione. Tipi di antenne. 2. ANTENNA BASICS (4h) Introduzione alle linee di trasmissione. Sorgenti di campo elettromagnetico: sorgenti impresse, equivalenti. Potenziali di radiazione. Funzione di Green. 3. DIPOLI ELETTRICI E MAGNETICI ELEMENTARI (4h) Regimi statici e dinamici (campo reattivo e radiante). Dipoli hertziani 4. FONTI DISTRIBUITE (4h) Le regioni di radiazione di Fraunhofer e Fresnel. Propagazione come trasformata di Fourier spaziale bidimensionale. Parametri di radiazione: lunghezza effettiva, intensità della radiazione, direttività, guadagno. efficienza, larghezza del fascio, polarizzazione. Parametri del circuito equivalente: impedenza di ingresso, coefficiente di riflessione, larghezza di banda, guadagno realizzato. 5. MODELLISTICA AL CALCOLATORE (8) Equazioni integrali di scattering elettromagnetico: scatterers di filo (equazioni di Pocklington, Hallen), scatteratori estesi. Method of Moments: teoria e solutoreFEKO. 6. ANTENNE PER BROADCASTING (10) Antenna a dipolo a mezza onda: corrente equivalente in linea di trasmissione, impedenza di ingresso, risonanza in serie e parallelo, diagramma di radiazione, larghezza del fascio, direttività. Dipoli piegati, T-Match, Gamma Match. Monopolo a quarto d'onda: antenna Marconi. Antenne a loop: equivalenti a linee di trasmissione, loop piccoli, loop ampi, risonanza in serie e parallelo, pattern di radiazione, larghezza di fascio, direttività. Sintonizzazione della frequenza, tecniche di alimentazione. 7. ARRAY E BEAMSHAPING (12) Array di antenne: fattore di matrice, principio di moltiplicazione, guadagno totale, efficienza. Array lineari uniformi: finestre di visibilità, diagramma di radiazione, larghezza del fascio, fascio, array broadside e endfire, scansione a fascio elettronico, Grating lobes, matrici di dipoli, reti di beamforming (albero e bus). Array bidimensionale uniforme: scansione del fascio. Sintesi di array non uniforme: illuminazione binomiale, illuminazione Tchebyshev, sintesi di Fourier beam-shaping, sintesi con il metodo delle proiezioni alternate 8. ANTENNE PER DISPOSITIVI PERSONALI (12) La microstrip. Lo slot. Antenne Patch integrate: modello di linea di trasmissione, adattamento di impedenza, substrati, diagramma di radiazione, efficienza e larghezza di banda, antenne PIFA. Tecniche di miniaturizzazione: slot, pin di cortocircuito, meandri. Ampliamento: antenne multistrato, configurazioni stacked. Polarizzazione circolare: doppia porta, configurazione a porta singola. 9. LINK DI COMUNICAZIONE WIRELESS (4) Antenne in modalità di ricezione: formula di Friis, sezione di scattering trasverso, equazione del radar. Introduzione all'identificazione a radiofrequenza.
Clutter and anticlutter devices. Weather radar. Synthetic Aperture Radar (SAR), radar tracking (monopulse technique), tracking by radar - TWS.Radar
Lo scopo del corso è di fornire agli studenti le conoscenze di base della simulazione numerica dei dispositivi elettronici. Verranno introdotti i modelli tipicamente usati in software di simulazione (technology computer aided design, TCAD) per descrivere le proprietà meccaniche, ottiche e di trasporto elettronico. Nella prima parte del corso saranno spiegati i modelli stessi e la loro interdipendenza, e saranno introdotti i metodi numerici per la loro soluzione e le problematiche più comuni nella numerica. Per specifici esempi saranno usato codici esemplari in Matlab. Queste conoscenze sono di grande valore per il corretto uso di software di simulazione e per l'interpretazione dei risultati. Nella seconda parte verranno usati software diversi per simulare alcuni dispositivi tipici, presi anche da letteratura scientifica. Particolare interesse sarà rivolto a sensori e dispositivi optoelettronici. In particolare, durante il corso si tratteranno: * Modelli per elasticità lineare, assorbimento e emissione di luce, stati elettronici in semiconduttori organici e inorganici, trasporto di carica con modelli semiclassici. * Approcci numerici per risolvere equazioni alle derivate parziali e problemi agli autovalori: finite differenze, elementi finiti, accenni a metodi Monte Carlo; soluzione di sistemi lineari e nonlineari, metodo di Newton, algoritmi di time stepping. * Identificare e comprendere le difficoltà di metodi numerici: stabilità, convergenza, scelta dei modelli giusti. * Simulazione di dispositivi, ad esempio giunzione pn, pin, LED, fotodiodo, dispositivi piezoelettrici, cella fotovoltaica, transistor. * Uso di software di simulazione commerciale e non, ad esempio tiberCAD, Comsol, CST.
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.
La tecnologia dell’optoelettronica organica o ibrida si basa su nuovi materiali semiconduttori basati su composti del carbonio come molecole organiche o polimeri o su materiali ibridi organici/inorganici (es. perovskiti). 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 (es. per piccole molecole) o di stampa (es. 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, dei composti organici e delle transizioni ottiche (circa il 13% dei CFU del corso), il corso esplicherà il funzionamento e le architetture dei dispositivi optoelettronici a semiconduttori organici o ibridi, in particolare gli Organic (o Polymer) Light Emitting Diodes (OLED, PLED) (circa il 26% dei CFU del corso insieme ai display), Organic Thin Film Transistors (OTFT) (circa il 8% dei CFU del corso insieme al E-Paper), Organic Solar Cells (OSC), e Perovskite Solar Cells (PSCs) (circa il 10% dei CFU del corso). 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 con schemi di indirizzamento sia a matrice passiva che a matrice attiva (oggi già in commercio come schermi di smart phones e anche televisioni), la carta elettronica (E-Paper- con il case study della Plastic Logic Ltd), e i moduli fotovoltaici. Una parte del corso verterà sui dispositivi e sui sistemi optoelettronici per il gene detection o rilevazione genetica (circa il 18% dei CFU del corso). Dopo una breve introduzione sui concetti basilari della biologica molecolare e della biotecnologia, il corso mostrerà come vengono progettati, costruiti e utilizzati i gene chip arrays mediante o tecniche fotolitografiche (usando come case study Affymetrix) o tecniche come l’ink jet printing. Un caso di studio sulla fibrosi cistica illustrerà un esempio dell'utilizzo e dell'importanza di questi chip. Verrà inoltre introdotta la bioluminescenza nel mondo animale illustrando esempi come quelli nella profondità marine e anche terrestri, in particolare la lucciola. Infine si illustrerà uno dei metodi più potenti per il sequencing genetico, basato anche sui fenomeni di bioluminescenza, i.e. il pyrosequencing e come viene costruito e operato un sistema avanzato di questo tipo. Una parte del corso sarà dedicata agli esperimenti di laboratorio in cui lo studente assisterà a dimostrazioni pratiche e imparerà metodi per la realizzazione di celle solari di nuova generazione e la loro caratterizzazione con simulatori solari per estrarre i parametri fondamentali (es. l'efficienza di conversione) o sotto luce monocromatica per studiare l'efficienza quantica esterna (EQE). Quindi una importante parte del corso (25% dei CFU del corso) sarà dedicata alla ricerca e approfondimento di tematiche scelte di volta in volta (includendo lezioni su ricerche bibliografiche, come dare presentazioni etc), per poi completare una tesina sotto forma di presentazione da parte dello studente su un argomento a scelta.
Effetto Termoelettrico. Aspetti comuni dei vari dispositivi a Vuoto. Diodi. Dispositivi a vuoto ad alta frequenza ad alta potenza, e principi di funzionamento. Triodi. Tetrodi. Pentodi. Circuiti amplificatori, modulatori con dispositivi a vuoto. Dispositivi a vuoto a modulazione di velocità. Strutture ad onda lenta. Interazione campo Elettromagnetico e particelle cariche in moto. Dispositivi a vuoto ad interazione distribuita. Magnetron.
1. Approsimazione delle funzioni di rete. Approssimazione con funzioni razionali. Funzioni di Butterworth, Chebychev, Chebychev inverso, razionali di Chebychev. Trasformazioni: Passa-basso/passa-alto, Passa-basso/passa-banda. Approssimazione di fase. Funzioni di Thomson. Funzioni ritardo. Reti passa-tutto. 2. Sensibilità. Definizione. Funzioni di Sensibilità. Sensibilità multiparametrica. Sensibilità di filtri a scala senza perdite. Sensibilità dei coefficienti. Sensibilità dei poli. Sensibilità rispetto agli elementi parassiti. Teorema bilineare per la funzione di rete. Calcolo della sensibilità con la rete aggiunta. 3. Sintesi delle reti passive. Proprietà delle reti LC. Sintesi di reti LC: Foster, Cauer. Rimozione dei poli all'infinito. Rimozione dei poli nell'origine. Sintesi di reti semplicemente caricate. Spostamento degli zeri nella sintesi di funzioni di trasferimento. Reti a scala senza perdite doppiamente caricate. Tabelle per il progetto di filtri. 4. Sintesi delle reti attive: filtri attivi RC a singolo amplificatore. Filtri biquad : Filtri di Sallen-Key, Filtri a guadagno infinito. Realizzazione dei poli e zeri della funzione di trasferimento, sensibilità. 5. Sintesi delle reti attive: filtri attivi RC multi-amplificatore. Filtri a variabili di stato. Filtro di Tow-Thomas, Fltro attivo universale. Elementi parassiti negli Amplificatori Operazionali. Amplificatori Operazionali a Transconduttanza (OTA). Filtri OTA-C. 6. Metodi di realizzazione diretta. GIN, GIC, Induttanze simulate, Resistori negativi dipendenti dalla frequenza (FDNR). Schemi Leapfrog. Filtri a condensatori commutati. 7. Reti in current-mode. Current Conveyor: definizione, proprietà e realizzazione circuitale. Trasformazione di circuiti voltage-mode in circuiti current-mode. Amplificatori operazionali in corrente (OCA) e loro utilizzo.
Il corso si compone di tre parti, la prima parte ha lo scopo di esporre le varie tecniche di collaudo dei componenti e sistemi VLSI, la seconda parte introduce tecniche di progettazione finalizzate alla tolleranza ai guasti, la terza parte introduce le problematiche di affidabilita e dependability dei sistemi embedded in particolare nelle applicazioni spaziali. Introduzione al collaudo di circuiti e sistemi elettronici digitali Definizioni e motivazioni Collocazione all'interno del processo di realizzazione di chip VLSI Resa del processo e costo di produzione di un circuito integrato Principali meccanismi di guasto Copertura di guasti ed efficienza del collaudo Modelli di guasto Guasti di tipo stuck-at: principi di base sul collaudo nei confronti di guasti di tipo stuck-at Equivalenza di guasti e Fault Collapsing Principali meccanismi di guasto Dominanza di guasti e Fault Collapsing Guasti di tipo stuck-open: possibile collaudo Guasti di tipo stuck-on: possibile collaudo Guasti di tipo bridging resistivo, delay, crosstalk e transitori: possibile collaudo Automatic Test Pattern Generation (ATPG) Definizione Algebre per ATPG Algoritmi esaustivi Algoritmi random Path Sensitization Test delle memorie e algoritmi di March Test Tecniche di progettazione orientata al collaudo (DFT) Introduzione Metodi ad-hoc e metodi strutturali Full-scan Boundary scan Built-in-self-test (BIST) Affidabilita e tolleranza ai guasti Introduzione: applicazioni, motivazioni Metodi per la valutazione della affidabilita di un sistema Reliability block diagram Fault Tree Analysis Markov chains Tecniche di progettazione Fault Tolerant Ridondanza Modulare On-line testing e recovery: duplicazione e confronto; progettazione self-checking Progettazione self-checking: proprieta circuiti self-checking; ipotesi di guasto; progetto di blocchi funzionali self-checking; progetto di checker;. Codici a rilevazione e correzione di errore Codici a rivelazione d'errore (codici di Berger e relativi checker; codici di parita e relativi checker; codice two-rail e relativi checker; codice m-out- of-n e relativi checker) Recovery: rollback and retry; tecniche riconfigurazione Codici a correzione d'errore: codici lineari di parita; circuiti di codifica e decodifica Introduzione ai sistemi embedded, definizione di sistema embedded, storia, mercato, funzioni svolte. Definizione di sistema dependable e standard applicabili. Hardware e software dei sistemi embedded nello spazio. Effetti dell??ambiente spaziale sui componenti elettronici digitali e modelli di guasto applicabili, obiettivi di missione di un sistema embedded per lo spazio. Tecniche di tolleranza ai guasti applicate ai sistemi embedded. Caratterizzazione dei componenti ad uso spaziale tramite test di irraggiamento. Test per Total Dose, Test per Single Event Effects.
Introduzione: Nanoelettronica e nanotecnologie Approccio Top-Down, Nanofabbricazione (Litografia, EBL, nanoinprinting) -Richiami di MOS e MOSFET -Scaling MOSFET -Modelli elettrostatici MOSFET 2D e parametri di scala (Modello di Taur) -Perdita di controllo di gate: DIBL e Vt roll-off; Regole di progettazione -Delay delle interconnessioni. -Leakage e ossidi high-K. -Tecnologie alternative: SOI-MOSFET, DG-MOSFET, FinFET Sistemi di caratterizzazione per la nanoelettronica -SEM, TEM, AFM, STM, Raman Approccio Bottom-up -Autoaggregazione -Nanostrutture e dispositivi basati su di esse -Dispositivi molecolari Progetti di simulazione dispositivi nanoelettronici
Introduzione al Processamento di Immagini, Applicazioni e problematiche. Metodi di rappresentazione di Immagini, modellizzazione di un'immagine a scala di grigi. Risoluzione in ampiezza e in spazio. Contrasto. Istogramma di un'immagine. Campionamento su una griglia (Sampling). Risoluzione di un'immagine. Problemi di saturazione e campionamento. Trasformata di Fourier nel processamento di immagini Schema di processamento digitale di un'immagine. Utilizzo di Matlab per l'image processing. Richiami di processi Aleatori. Ergodicità. Stazionarietà. Omoscedasticità ed eteroscedasticità. Rumore nelle immagini. Modellizzazione del rumore dipendente dal segnale. Algoritmi di stima della varianza del rumore. Correlazione statistica. Operatori puntuali nell'image processing. Istogramma. Aumento del contrasto nelle immagini. Operatori spaziali nel processamento di immagini. Filtri lineari e non lineari. Il filtro mediano per il rumore impulsivo. Filtri inversi e pseudo inversi. Il filtro di Wiener. Deconvoluzione. Algoritmi di deblurring. Edge detection. Applicazione di filtri gradiente, laplaciano e unsharp masking. I filtri di Gabor. Segmentazione: pixel based, edge based, region based, model based (Trasformata di Hough). Operatori morfologici. Estrazione dei contorni. Operazione di Closing e Opening, elementi strutturali. Applicazione di classificatori al riconoscimento di oggetti e pattern nelle immagini. Tutti gli algoritmi vengono simulati in Matlab ed applicati ad immagini digitalizzate nel contesto della diagnostica per immagini, della caratterizzazione dei materiali, del cell tracking e analysis, dell’analisi dell’espressione facciale per applicazioni di human computer interface. Rappresentazione e propagazione dell'incertezza. Fonti di incertezza. Modello deterministico di stima dell'incertezza. Modello probabilistico di stima dell'incertezza. Funzione di una variabile aleatoria. Propagazione della distribuzione di probabilità. Qualità e prestazioni. Misure e qualità. Teoria della decisione. Processo inferenziale. Verifica di conformità. Valutazione statistica di prestazioni. Ottimizzazione delle prestazioni. Approfondimento di un argomento.
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.
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. 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. 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. Sintesi di osservatori sub-ottimi H-infinito per sistemi lineari affetti da disturbi sia nella dinamica del modello che affetti da errori di misura. Sintesi di filtri di Kalman per sistemi atempo discreto affetti da disturbi di misura come nella dinamica del modello. Teoria di 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 (MLFN). Derivazione dell'algoritmo di backpropagation. Criteri di inizializzazione. Criteri di Validazione incrociata. Generalizzazione. Velocità di apprendimento. Metodi per migliorare le prestazioni dellalgoritmo di back-propagation. Reti neurali a base radiale (RBFN) ad uno strato. Definizioni e proprietà. Approssimazione di funzioni nonlineari tramite RBFN i cui centri sono fissati apriori Il teorema di approssimazione universale per reti RBFN. Confronto tra reti MLFN e RBFN. Elementi di Teoria degli algoritmi genetici nell'ambito della teoria dell'ottimizzazione. Concetto di popolazione di algoritmi, fitness function, mutazione mediante genesi di offsprings da due elementi della popolazione. Teoria della stima delle derivate successive di una traiettoria rumorosa per la sintesi di un sistema di controllo finalizzato all'iseguimento di un besaglio. Ottimizzazione della strategia mediante algoritmi genetici. Uso di Matlab e Simulink per analisi e sintesi dei sistemi dinamici. Introduzione al pacchetto MatLab 'Deep Leaning Toolbox' per addestramento di reti neurali MLFN e RBFN, e utilizzo algoritmi genetici.
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 e 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 decimatore, 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.
Introduzione al collaudo di circuiti e sistemi elettronici digitali Definizioni e motivazioni Collocazione all'interno del processo di realizzazione di chip VLSI Resa del processo e costo di produzione di un circuito integrato Principali meccanismi di guasto Copertura di guasti ed efficienza del collaudo Modelli di guasto Guasti di tipo stuck-at: principi di base sul collaudo nei confronti di guasti di tipo stuck-at Equivalenza di guasti e ?Fault Collapsing? Principali meccanismi di guasto Dominanza di guasti e ?Fault Collapsing? Guasti di tipo stuck-open: possibile collaudo Guasti di tipo stuck-on: possibile collaudo Guasti di tipo bridging resistivo, delay, crosstalk e transitori: possibile collaudo Automatic Test Pattern Generation (ATPG) Definizione Algebre per ATPG Algoritmi esaustivi Algoritmi random ?Path Sensitization? Test delle memorie e algoritmi di March Test Tecniche di progettazione orientata al collaudo (DFT) Introduzione Metodi ad-hoc e metodi strutturali Full-scan Boundary scan Built-in-self-test (BIST) Affidabilita e tolleranza ai guasti Introduzione: applicazioni, motivazioni Metodi per la valutazione della affidabilita di un sistema Reliability block diagram Fault Tree Analysis Markov chains Tecniche di progettazione Fault Tolerant Ridondanza Modulare On-line testing e recovery: duplicazione e confronto; progettazione self-checking Progettazione self-checking: proprieta circuiti self-checking; ipotesi di guasto; progetto di blocchi funzionali self-checking; progetto di checker;. Codici a rilevazione e correzione di errore Codici a rivelazione d'errore (codici di Berger e relativi checker; codici di parita e relativi checker; codice two-rail e relativi checker; codice m-out- of-n e relativi checker) Recovery: rollback and retry; tecniche riconfigurazione Codici a correzione d'errore: codici lineari di parita; circuiti di codifica e decodifica
Robotica dei manipolatori. Manipolatore planare a 2 e a 3 link: cinematica diretta e inversa. Introduzione ai concetti di grado di libertà, ridondanza, spazio di lavoro. Rotazioni e rototraslazioni nello spazio. Angoli di Eulero. Cinematica diretta ed inversa per robot manipolatori con catena cinematica aperta. Notazione di Denavit-Hartenberg. Strutture principali di manipolatori: SCARA, SCORBOT, polso sferico, robot antropomorfo. Esercitazioni pratiche in Laboratorio di Robotica sulla cinematica diretta e inversa dello SCORBOT. Robotica mobile. Cinematica di un robot di tipo uniciclo. Controllo del moto di un robot mobile: il problema della regolazione parziale. Tecniche di localizzazione in ambiente noto: ricostruzione odometrica e filtro di Kalman esteso.
Segnali multimediali e biosegnali sono 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 un descrizione della 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 alcune tra le seguenti tipologie di segnali: - segnale vocale - segnali audio/video - segnali elettroencefalografici (EEG), elettromiografici (EMG) e cinematici - biosegnali per la riabilitazione e la teleriabilitazione assistite da piattaforme tecnologiche innovative. Fra i metodi di analisi e trattamento dei segnali presi in considerazione, sono utilizzati metodi di estrazione e selezione di features, algoritmi e classificatori neurali e metodi basati su intelligenza artificiale. Completano il corso esercitazioni pratiche e lo sviluppo di un progetto sull’analisi e il trattamento di segnali multimediali e/o biomedici, in ambiente matlab o altro ambiente hardware/software dedicato.
1. introduzione 2. Circuiti e layout 3. Teoria del Transistor CMOS 4. Analisi statica e Risposta ai transitori 5. Potenza dissipata 6. Simulazione SPICE 7. Progetto di Circuiti Combinatori 8. Famiglie Circuitali 9. Progetto di Circuiti Sequenziali 10. Design for Testability 11. Scaling & Aspetti Economici 12. Le Problematiche nei Circuiti 13. Sommatori 14. Unità Funzionali Datapath 15. SRAM 16. CAM, ROM, PLA 17. Packaging, Potenza, e Clock 18. PLL e DLL 19. Circuiti di I/O 20. Un Caso di Studio
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.
Programma:1) NULLORE E FEEDBACK Nullore. Feedback. Stabilità dei circuiti a retroazione. Equazione di Rosenstark. Return ratio; loop gain. Calcolo delle impedenze nei circuiti a retroazione mediante l’equazione di Rosenstark. 2) DISPOSITIVI ATTIVI IDEALI Generatori controllati ideali. Transistor ideali. Op amp ideale. Current conveyor ideale. “Current feedback op amp” ideale. Differential difference amplifier ideale. Altri dispositivi attivi ideali (e.g. “invertor”). “Universalità” dei dispositivi attivi ideali. Criteri di scelta dei dispositivi attivi “reali”. 3) NON IDEALITA' DEI DISPOSITIVI ATTIVI Tensione di offset in ingresso, correnti di ingresso, tensione equivalente di rumore in ingresso, corrente equivalente di rumore in ingresso, impedenze di ingresso, impedenze di uscita, velocità limitata per piccoli segnali (banda), velocità limitata per grandi segnali (e.g. slew rate), power supply gain, compensazione in frequenza. Non idealità dei dispositivi attivi con ingresso differenziale (e.g. op amp): impedenza di ingresso di modo comune e differenziale, CMRR, PSRR. 4) ANALISI DI CIRCUITI AD ELEVATA ACCURATEZZA E PRECISIONE Generatori di corrente; regolatori lineari; amplificatori per strumentazione; filtri; circuiti per misure di correnti, tensioni, resistenze e capacità;... 5) PROGETTO DI CIRCUITI AD ELEVATA ACCURATEZZA E PRECISIONE Datasheet di op amp. Esempi di progetto. 6) CIRCUITI ANALOGICI INTEGRATI Current mirror; circuiti bandgap; op amp; current conveyor; circuiti switched capacitor; circuiti di interfaccia; circuiti ultra-low-voltage; circuiti ultra-low-power; circuiti per energy harvesting; dynamic element matching; chopper; autozero;...
1) Micro-nano-sistemi e circuiti di interfaccia: introduzione − Circuiti integrati (l’incredibile legge di Gordon Moore) − Micro-nano-sistemi (“A friend of mine (Albert R. Hibbs) suggests…, although it is a very wild idea, it would be interesting in surgery if you could swallow the surgeon…”, Richard Feynman, “There's Plenty of Room at the Bottom”, 1959) − Scaling laws − Micro-nano-sistemi: complessità e opportunità uniche (CMOS, “swallow the surgeon”,…) − Elettronica analogica, elettronica digitale, smart systems,… 2) Strumenti per l’analisi e il progetto di micro-nano-sistemi − Analisi e progetto di micro-nano-sistemi lineari tempo invarianti (trasformata di Fourier; trasformata di Laplace; diagrammi di Bode; criterio di Nyquist; stima degli zeri e dei poli di un micro-nano-sistema) − Linearizzazione di micro-nano-sistemi non lineari − Circuiti equivalenti − Esempi (micro-nano-sistemi termici, meccanici, piezoelettrici,…) 3) Simulazione di micro-nano-sistemi 4) Micro-nano-sistemi − Circuiti integrati − Wireless health − Implantable systems − Sistemi wearable − Electronic skin (epidermal electronics,…) − Micro-nano-sistemi termici − Nanostrutture quasi-1D (nanowires, ZnO nanowires, nanobelts, carbon nanotubes,…) − 2D electronics (graphene, MoS2, van der Waals hjeterostructures,…) − Piezotronics − PCB nanoelectronics − Nanogeneratori piezoelettrici − Nanogeneratori triboelettrici − … 5) Tecnologie di fabbricazione − Ossidazione del silicio − Deposizione di film sottili (spin coating, spray coating, sputtering, evaporazione termica, CVD, LPCV, PLD…) − Sintesi di nanostrutture quasi-1D (processi ad alta temperatura; wet-chemistry;…) − Solution-growth of ZnO nanowires (conventional; cyclic growth; microreactors with contact heating of the substrate; microwaves-assisted synthesis; local substrate heating by laser; local substrate heating by microresistors; advection – spin and spray; thermoconvective solution-growth) − Litografia − Etching − Bonding − Tecnologia CMOS (principi generali) − Resistori e condensatori integrati − … 6) Metodi di caratterizzazione (Atomic Force Microscope, Scanning Electron Microscope, Kelvin Probe Force Microscope,…)
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.
Interazione solido-gas e solido-liquido Sensori a variazione di impedenza, Sensori di massa, sensori ottici e a fluorescenza, sensori elettrochimici, Biosensori
– 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.
SEMICONDUTTORI DI POTENZA Semiconduttori impiegati nei Convertitori statici (Diodi, BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori, componenti Wide Bandgap di nuova generazione). Caratteristiche statiche, Comportamento transitorio, Componenti particolari. Perdite in conduzione e in commutazione. Specifiche fornite dal Costruttore. Comportamento termico, Protezioni. Circuiti di pilotaggio. Caratterizzazione dei Convertitori statici (monodirezionali e bidirezionali). Metodi di analisi dei Convertitori statici. CONVERTITORI STATICI DI POTENZA Convertitori c.c.-c.c. (Chopper): Convertitori 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 in tensione e in corrente a catena chiusa. Convertitori bidirezionali a due quadranti ed a quattro quadranti. Struttura a ponte e a semiponte. Convertitori c.c.-c.a. (Inverter): Inverter a ponte ed a semiponte realizzati con interruttori statici. Inverter con uscita trifase. Riduzione del contenuto armonico della tensione di uscita. Variazione dell'ampiezza della tensione di uscita. Tecniche di modulazione. Convertitori c.a.-c.c. (Rettificatori): Rettificatori a diodi alimentati da rete monofase e da rete trifase. Power Factor Correctors (PFC) alimentati da rete monofase e da rete trifase. Convertitori bidirezionali. Tecniche di controllo a catena chiusa per i PFC. Effetti sulla rete di alimentazione. Fattore di potenza Generalizzato. Conformità agli standard internazionali per la connessione dei convertitori alla rete. Convertitori pluristadio: Convertitori c.a.-c.a. Convertitori c.c.-c.c. isolati. Alimentatore switching. ESEMPI APPLICATIVI Simulazione dei convertitori elettronici con l'ausilio di Matlab-Simulink/Simpowersystem. 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. 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. Controllo degli inverter fotovoltaici connessi alla rete. Carica batterie.
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.
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.
Strumenti di controllo di base Sistemi stabili (ingressi limitati-uscite limitate). Teorema di assegnazione degli autovalori per sistemi controllabili ed osservabili: Osservatori di Luenberger per sistemi osservabili. Progetto di compensatori dinamici. Controllo integrale per rigettare disturbi costanti: controllo PID .Sistemi inversi per sistemi a fase minima. Combinazione di azioni di controllo feedback e feedforward: Strumenti avanzati di controllo Approssimazioni lineari attorno a condizioni operative. definizione di regione di attrazione per una condizione operativa. Compensatori dinamici con azione integrale per controllare un sistema non lineare attorno ad una condizione operativa: Equazioni matriciali di Liapunov per determinare funzioni di Liapunov quadratiche: Definizione di funzione di sensitività e sue proprietà. Il gruppo delle quattro funzioni di sensitività e loro uso nel valutare la robustezza di sistemi di controllo: la formula integrale di Bode. La parametrizzazione di Youla per il progetto di compensatori stabili. Filtri di Kalman, equazioni di Riccati e progetto di controlli robusti. Controllo di sistemi non lineari con molti ingressi ed uscite Il concetto di grado relativo. Controllo state feedback per la linearizzazione ingresso-uscita. Definizione di sistema non lineare inverso. Indici di disaccoppiamento per sistemi con molti ingressi e molte uscite. Definizione di matrice di disaccoppiamento. Controllo in retroazione dallo stato con la matrice pseudoinversa di Penrose. Studio di specifici casi di controllo di sistemi meccanici Controllo di biciclette, motociclette,autoveicoli, robot, velivoli
1. Introduzione 2. Richiami sulle proprietà della matrice di diffusione e della matrice ABCD. 3. Realizzazione planare di linee. La linea a microstriscia. La linea complanare. Le discontinuità più utilizzate per queste due strutture. 4. Realizzazione di circuiti integrati a microonde. La configurazione del circuito integrato ibrido. La configurazione del circuito integrato monolitico. 5. Reti tre porte. Il teorema generale per le reti tre porte. Il divisore Wilkinson. 6. Reti quattro porte. Il divisore branch-line. Il divisore rat-race. La struttura a linee accoppiate. 7. Filtri planari a microonde. Filtri passa-basso a microstriscia a costituiti da linee in cascata con impedenza "bassa-alta-bassa". Filtri passa-banda progettati con un approccio basato su una trasformazione di frequenza dal passa-basso prototipo al circuito passa-banda a microonde. La trasformazione periodica di frequenza di Richards ed il suo utilizzo nelle reti filtranti. 8. Interruttori. Il diodo p-i-n e gli interruttori microelettromeccanici. L'interruttore SPST ed il commutatore, noto anche come interruttore SPDT. 9. Sfasatori. La topologia a commutazione di linea. La configurazione a riflessione. La topologia a linea caricata. Lo sfasatore distribuito.
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.
Il corso mira a fornire 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. 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). Applicazioni includono: controllo ad apprendimento di manipolatori robotici e cruise control e controllo d’assetto di veicoli elettrici. (ENGLISH) The course aims to provide a unified exposition of the most important steps and concerns in mathematical modeling and design of estimation and control algorithms for electrical machines such as: • permanent magnet synchronous motors • permanent magnet stepper motors • synchronous motors with damping windings • induction (asynchronous) motors • synchronous generators. The concepts of stability and nonlinear control theory are also recalled. Important features of the course include: mathematical modeling through nonlinear differential equations as well a wide-ranging discussion of (nonlinear) adaptive controls containing parameter estimation algorithms (important for applications). Applications include: learning control of robotic manipulators and cruise control of electrical vehicles.
