Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze approfondite sulla struttura e sulle caratteristiche dei sistemi di acquisizione e condizionamento di dati e segnali per applicazioni in ambito industriale. Sviluppare la capacità di progettare, sulla base di specifiche predefinite, sistemi dedicati per l’acquisizione e il condizionamento di dati e segnali. Sviluppare un elevato grado di autonomia nella scelta delle soluzioni circuitali e di sistema più adatte al soddisfacimento delle specifiche di progetto. Sviluppare la capacità di comunicare con proprietà di linguaggio e con efficacia in un ambiente di lavoro o di ricerca caratterizzato da un elevato livello di interdisciplinarietà. Sviluppare l’attitudine al continuo aggiornamento sugli sviluppi scientifici e tecnologici, sulla disponibilità di nuovi componenti e di nuove metodologie di progetto in un settore in rapidissima evoluzione quale è quello dei sistemi integrati per il trattamento e la conversione di dati e segnali.

Learning Goals

To provide comprehensive knowledge on the structure and specifications of electronic systems for data and signal conditioning and acquisition in industrial environment. To develop the ability to design, based on predefined specifications, dedicated systems for data and signal conditioning and acquisition. To develop a high degree of independence in the selection of the circuit solutions and systems best suited for reaching the goal of satisfying design requirements. To develop the ability of communication, with proper language and effectiveness, in the context of a work or research environment characterized by a high degree of interdisciplinarity. To develop the attitude toward the continuous updating of knowledge of the most recent scientific and technological development, on the availability of new components and design methodologies in the rapidly evolving field of the integrated systems for data and signal conditioning and conversion.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge attraverso lezioni frontali ed esercitazioni svolte dagli studenti, anche con l’uso di un simulatore, con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico. Le attività sono svolte con il supporto di slide delle lezioni.

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected objectives, takes place through lectures and autonomous exercises, even with the use of a pc simulator, with the aim of stimulating the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking. The activities are carried out with the support of lecture slides.

Prerequisiti

Conoscenza dei fondamenti dell’elettronica analogica e digitale.

Prerequisites

Basic knowledge about analog and digital electronics.

Verifiche dell'apprendimento

Durante lo svolgimento del corso gli studenti svolgono una esercitazione su ciascun argomento trattato. L’esame consiste nella discussione delle esercitazioni e la valutazione, espressa in trentesimi, tiene conto della capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato e delle competenze acquisite, della capacità di presentazione dei risultati ottenuti, della competenza nell’impiego del lessico specialistico. Qualora lo svolgimento delle esercitazioni o la discussione delle stesse dovessero risultare insufficienti, lo studente sosterrà, in un appello successivo, un esame orale su tutto il programma. L’esame orale è previsto anche per gli studenti impossibilitati a seguire il corso e quindi a svolgere le esercitazioni.

Assessment

During the course, students carry out an exercise on each topic covered. The exam consists of the discussion of the exercises and the evaluation, expressed out of thirty, takes into account the critical reasoning skills on the study conducted and competences, the quality of the exposition and expertise in the use of specialized vocabulary and the ability to present the results obtained. Should the carrying out of the exercises or their discussion prove insufficient, the student will take, in a subsequent session, an oral exam on the whole program. The oral exam is also provided for students unable to attend the course and therefore to carry out the exercises.

Programma del Corso

INTRODUZIONE CONDIZIONAMENTO DEL SEGNALE: amplificazione, filtraggio, conversione. AMPLIFICAZIONE: amplificatore per strumentazione, diamond plot. FILTRAGGIO: classificazione dei filtri, funzione di trasferimento e specifiche; filtri di Butterworth e Chebyshev; funzioni di trasferimento del primo e del secondo ordine; il risonatore LCR del secondo ordine; filtri attivi del secondo ordine con sostituzione dell’induttore; filtri attivi del secondo ordine a doppio integratore; filtri attivi biquadratici a singolo amplificatore; filtri a transconduttori; filtri a capacità commutata. CONVERSIONE D/A e A/D: conversione digitale-analogica; aspetti fondamentali dei convertitori D/A; errori nei convertitori D/A; convertitore a resistenze pesate; rete a scala R/2R; rete a scala R/2R inversa; DAC intrinsecamente monotono; convertitori D/A a capacità commutate; conversione analogico-digitale; aspetti fondamentali dei convertitori A/D; errori nei convertitori A/D; tecniche di base per la conversione A/D; convertitore a contatore; convertitore ad approssimazioni successive; convertitore a singola rampa; convertitore a doppia rampa; convertitore flash; convertitore Sigma/Delta. CENNI SULLA COSTRUZIONE DI UN SISTEMA DI MISURA COMPLETO: scelta dei sensori; scelta del sistema di acquisizione; scelta dei bus; scelta del computer, dei software e dei driver.

Course Syllabus

INTRODUCTION SIGNAL CONDITIONING: amplification, filtering, conversion. AMPLIFICATION: instrumentation amplifier, diamond plot. FILTERING: filters classification, transfer function and specifications; Butterworth and Chebyshev filters; first and second order transfer functions; the second order LCR resonator; second order active filters with replacement of the inductor; active filters of the second order with double integrator; biquadratic active filters with single amplifier; transconductor filters; switched capacitors filters. D/A and A/D CONVERSION: digital-analog conversion; fundamental aspects of D/A converters; errors in D/A converters; weighted resistances converter; R/2R ladder network; inverse R/2R ladder network; intrinsically monotone DAC; switched capacitors D/A converters; analog-digital conversion; fundamental aspects of A/D converters; errors in A/D converters; basic techniques for A/D conversion; counter converter; successive approximation converter; single ramp converter; double ramp converter; flash converter; Sigma-Delta converter. NOTES ON THE CONSTRUCTION OF A COMPLETE MEASURING SYSTEM: choice of sensors; choice of the acquisition system; choice of buses; choice of computer, software and drivers.