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, esercitazioni guidate ed esercitazioni svolte dagli studenti, 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. Le esercitazioni di progettazione e simulazione vengono svolte al pc.

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected objectives, takes place through lectures, guided exercises and autonomous exercises 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. The design and simulation exercises are carried out on the PC.

Prerequisiti

Conoscenza dei fondamenti dell’elettronica analogica e digitale.

Prerequisites

Basic knowledge about analog and digital electronics.

Verifiche dell'apprendimento

Sono previste esercitazioni sul progetto e/o l’analisi di ogni configurazione circuitale studiata a lezione, eventualmente anche mediante simulazione. Lo svolgimento di tutte le esercitazioni ha valenza di prove in itinere e, in caso di valutazione positiva, esonera dall’esame. L’esame si svolge in forma orale su tutto il programma.

Assessment

Exercises on the design and / or the analysis of each circuit configuration studied in class, possibly also by means of simulation, are carried out. The performance of all exercises has the value of ongoing tests and, in the event of a positive evaluation, exempts from the examination. The exam takes place orally about the entire program.

Programma del Corso

Storia dei sistemi di conversione dati. Richiami su sensori, trasduttori e circuiti. Condizionamento del segnale. Amplificazione: amplificatore per strumentazione. Il rumore negli amplificatori. Filtri: Funzione di trasferimento. Tipi di filtri. Specifiche. Filtri di Butterworth e Chebyshev. Filtri del secondo ordine. Filtri LCR. Circuito di Antoniou. Filtri a doppio integratore. Filtri a transconduttori. Filtri a condensatori commutati. Conversione DA:caratteristiche dei DAC. Errori. Esempi circuitali di DAC: convertitore a rete scala con resistenze pesate; rete a scala R-2R; rete a scala R-2R inversa; rete a scala C-2C. Conversione AD:caratteristiche degli ADC. Errori. Esempi circuitali di ADC: convertitore a contatore; convertitore ad approssimazioni successive; convertitore a singola rampa; convertitore a doppia rampa; convertitore Sigma-Delta. Cenni sul PLL (Phase-Locked Loop).

Course Syllabus

History of data conversion systems. Review of sensors, transducers and circuits. Signal conditioning. Amplification: instrumentation amplifier. Noise in operational amplifiers. Filters: Transfer function. Types of filters. Specifications. Butterworth and Chebyshev filters. Second order filters. LCR filters. Antoniou circuit. Double integrator filters. Transconductor filters. Switched capacitor filters. DA conversion: characteristics of DACs. Errors. DAC circuit examples: weighted resistances ladder network converter; R-2R ladder network; inverse R-2R ladder network; C-2C ladder network. AD conversion: characteristics of ADCs. Errors. Circuit examples of ADC: counter converter; successive approximation converter; single ramp converter; double ramp converter; Sigma-Delta converter. Outline of Phase-Locked Loop (PLL)