Insegnamento SISTEMI E CIRCUITI PER IOT
- Corso
- Ingegneria elettronica per l'internet-of-things
- Codice insegnamento
- A000394
- Curriculum
- Elettronica per l'internet of things
- Docente
- Paolo Mezzanotte
- CFU
- 12
- Regolamento
- Coorte 2021
- Erogato
- 2022/23
- Tipo insegnamento
- Obbligatorio (Required)
- Tipo attività
- Attività formativa integrata
SISTEMI E CIRCUITI PER IOT - PROGETTO DI CIRCUTI PASSIVI PER IOT
| Codice | 70A00108 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente | Paolo Mezzanotte |
| Docenti |
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| Ore |
|
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Ingegneria elettronica |
| Settore | ING-INF/02 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | Trasformazioni di Impedenza, Componenti passivi per circuiti integrati, Analisi di reti a microonde, Elementi di propagazione guidata per strutture planari, Componenti e dispositivi a RF planari, Filtri a radiofrequenza, interconnessioni, Tecnologia SIW, Tecnologie realizzative convenzionali, Utilizzo del CAD Elettromagnetico per la progettazione di circuiti passivi a microonde, Misure a Radiofrequenza con Analizzatore di Rete Vettoriale, Caratterizzazione EM di materiali, Tecnologie realizzative innovative |
| Testi di riferimento | Trasparenze scaricabili da: https://www.unistudium.unipg.it/unistudium/ T. C. Edwards, “Foundations for Microstrip Circuit Design”, J.Wiley & Sons, 1988. D.M Pozar, “Microwave Engineering”, J.Wiley & Sons, 3rd Edition, 2004. R.N. Simons, “Coplanar Waveguide Circuits, Components, and Systems”, J.Wiley & Sons, 2001. Materiale fornito dal docente e reperibile in rete |
| Obiettivi formativi | Fornire gli strumenti per comprendere i concetti di base della propagazione elettromagnetica guidata ed i principi di funzionamento e di progetto dei principali circuiti passivi costituenti innovativi Sistemi per IoT. |
| Prerequisiti | Campi Elettromagnetici con Lab e Campi EM II |
| Metodi didattici | l'insegnamento viene erogato con lezioni frontali che si avvalgono dell'ausilio di strumenti informatici (registrazioni, lavagna virtuale in cloud, proiezione di slides). |
| Altre informazioni | Nessuna |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | Colloquio orale sul programma svolto Tesina di progettazione di un circuito assegnato dal docente |
| Programma esteso | Trasformazioni di Impedenza Spostamento sulla Carta di Smith. Reti a L. Cerchi a Q costante Componenti passivi per circuiti integrati Induttori integrati e modelli circuitali; fattore di merito; elementi parassiti. Trasformatori integrati e modelli circuitali; fattore di accoppiamento. Resistori e condensatori integrati: dimensionamento. Analisi di reti a microonde Tensioni e correnti equivalenti. Rappresentazione di un circuito a microonde tramite una rete N-porte: matrice delle impedenze di corto circuito, matrice delle ammettenze a vuoto, matrice di scattering, matrice di trasmissione e relative proprietà. Calcolo delle matrici di circuiti elementari, di reti a T e a P, di tronchi di linea. Spostamento dei piani di riferimento. Elementi di propagazione guidata per strutture planari Microstriscia: analisi statica e dinamica, costante dielettrica efficace, impedenza caratteristica, modello a guida planare. Guida coplanare, strip-line. Componenti e dispositivi a RF planari Risonatori. Attenuatori. Sfasatori. Divisore/Combinatore di potenza, Divisore resistivo, Divisore di Wilkinson, Circolatore. Accoppiatori direzionali: parametri caratteristici e matrice di scattering. Accoppiatore di Lange. Rat-race. Branch-Line. Applicazioni delle giunzioni ibride. Filtri a radiofrequenza. Prototipo passa basso, sintesi del prototipo passa basso, trasformazioni di frequenza, invertitori di immettenza, filtri passa banda, filtri planari (combline, interdigitati, hairpin, .) Interconnessioni Transizione cavo coassiale/Microstriscia, transizione microstriscia/coplanare, connessione verticale tramite via-hole, Bonding-wire, Air-bridge. Tecnologia SIW Principi di funzionamento, progettazione di dispositivi passivi Tecnologie realizzative convenzionali Tecnologie multistrato (PCB, LTCC, Silicio) Utilizzo del CAD Elettromagnetico per la progettazione di circuiti passivi a microonde Tutorial sul funzionamento e utilizzo del software commerciale CST, progettazione di strutture passive a microonde con l’ausilio del CAD EM. Misure a Radiofrequenza con Analizzatore di Rete Vettoriale Architettura di un Analizzatore di rete vettoriale, Errori di misura, tecniche di calibrazione Caratterizzazione EM di materiali Stima della costante dielettrica di materiali quali, carta, tessuti, plastiche mediante tecniche a risonanza e in guida Tecnologie realizzative innovative |
SISTEMI E CIRCUITI PER IOT - SISTEMI E SOTTOSISTEMI ELETTRONICI PER LO IOT
| Codice | 70A00111 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente | Luca Roselli |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Ingegneria elettronica |
| Settore | ING-INF/01 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | L’“Ecosistema” Internet of Things (IoT) e le sue implicazioni sulla progettazione, sviluppo e realizzazione dei sistemi elettronici abilitanti la creazione di oggetti intelligenti, "smart objects". Richiami sull'utilizzo del CAD (Keysight ADS) per la progettazione di sistemi e circuiti elettronici . I materiali non convenzionali per la realizzazione di circuiti elettronici (carta come paradigma). Implicazioni progettuali dell'utilizzo di materiali non convenzionali. Sistemi e sensori RFID, RFID di tipo “chipless”, RFID armonici Sensori RADAR. Sistemi di raccolta di energia "Energy scavenging" da sorgenti a radiofrequenza e convertitori RF-DC. Sistemi elettronici basati su approcci distribuiti su ampie superfici - "Large Area Electronics Systems" (LAE-Systems), "Smart Surfaces" (SS). Sistemi di Energy scavenging eterogeneo (RF. Termico, solare, cinetico...). Systems-in Objects (SiO) or Embedded in Objects (ESiO). Elettronica indossabile “Wearable electronics”. |
| Testi di riferimento | L. Roselli, “Green RFID Systems”, Cambridge University Press 2014. |
| Obiettivi formativi | L’insegnamento rappresenta il punto di arrivo dell’insegnamento sulla progettazione di circuiti e sistemi elettronici analogici abilitanti la realizzazione di “smart objects” intesi come strato fisico di base dell’”Ecosistema” IoT. Lo strato cioè in grado di acquisire informazione dall’ambiente e trasferirla agli strati immediatamente superiori. L’obiettivo principale consiste quindi nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio dei sistemi elettronici compatibili con i vincoli imposti dagli “smart objects” e dalle funzionalità richieste in termini di costi, funzionalità di base (sensing, trasmissione,), autonomia energetica, compatibilità ambientale, compatibilità con I processi produttivi, ciclo di vita. Le principali conoscenze acquisite saranno relative a: - cambio di paradigma nella progettazione di circuiti e sistemi elettronici - uso di materiali “non convenzionali” - principi di funzionamento di sistemi di comunicazione “a richiesta” (RFID) - sensori passivi - sistemi di raccolta energetica - ricerca di un nuovo compromesso ottimo tra costi e prestazioni - adeguamento nell’utilizzo del CAD per la progettazione di sistemi e circuiti elettronici per l’IoT - elettronica indossabile |
| Prerequisiti | - Leggi fondamentali dell'elettrotecnica e della teoria dei circuiti (legge di ohm, leggi di Kirchhoff, teoremi di Thevenin) - indispensabile - Modellistica dei dispositivi elettronici (modelli lineari, modelli non lineari, per piccoli e per grandi segnali...) - indispensabile - Elementi di progettazione di circuiti ad alta frequenza (consapevolezza di concetti quali adattamento, trasformazione d'impedenza, propagazione guidata...) - importante - Consapevolezza di concetti quali: guadagni, cifra di rumore, saturazione, stabilità... - importante |
| Metodi didattici | In una fase introduttiva si inserirà l’insegnamento nel contesto evolutivo dell’elettronica, partendo dalla storia dell’elettronica, passando dall’analisi dello stato attuale delle tecnologie, fino a ipotizzare gli scenari futuri e le principali sfide a essi connesse. Entrando nel vivo dell’insegnamento, il metodo seguito avrà carattere prevalentemente "top-down". Si partirà da una descrizione dell'”ecosistema” IoT come ambiente in cui i sistemi elettronici opereranno. Si passerà a definire le condizioni al contorno principali che l'ambiente di riferimento imporrà alla risoluzione dei problemi progettuali e tecnologici, per poi descrivere alcuni sistemi caratterizzanti e come sia stato affrontato il loro sviluppo. Contestualmente verranno evidenziate le tecniche e gli strumenti di progetto, con ampio utilizzo di esempi sia presi dalla letteratura specifica più recente, sia attingendo alle attività di ricerca sperimentale e di laboratorio portata avanti in sede nell’ultimo decennio. |
| Altre informazioni | nessuna |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La valutazione viene effettuata mediante un colloquio con lo studente. Tale colloquio inizia da una discussione sui risultati di un progetto specifico assegnato allo studente intorno alla fine del primo mese di lezione. Prosegue poi su tematiche inerenti più in generale al programma dell'insegnamento. |
| Programma esteso | Presentazione dell’insegnamento Introduzione – IoT e “Smart Objects” - L’Internet delle cose (IoT) - gli oggetti intelligenti Sistemi RFID - Cenni storici - Dimostrazioni di funzionamento - Architettura di un sistema RFID - Classificazione dei sistemi RFID Sistemi RFID di tipo “chip-less” - “Time Domain Response” (TDR) - SAW - SAW tag - “Frequency Domain Response” (FDR) Sistemi RFID armonici - Gli albori - “one bit” tracking sensor - Esempio di funzionamento del “crack sensor” a un bit - Architettura armonica con ponte di Wheastone - descrizione di sottosistemi - analisi e limiti prestazionali - sistema multi-bit a modulazione di polarizzazione Radar e sensori radar - Chipless RFID a riflessione diretta vs radar - Effetto Doppler - Architettura di un sensore radar doppler - Diagramma a blocchi - Blocchi funzionali: - Analisi e progetto dei blocchi costitutivi: - Oscillatore - Branch-line - Mixer - Antenna Wireless Power Transfer: - Cenni storici - Principi di funzionamento - Caratterizzazioni - Wireless Power Transfer NF-IPT: - IPT – “un brutto trasformatore” - Coefficiente d’accoppiamento - Sistemi risonanti Tecniche di realizzazione "semi additive" Energy Harvestig: - Analogie e sinergie tra WPT e EH - Varie sorgenti di energia - Raccolta di energia a radiofrequenza - La rectenna Elettronica indossabile: - Antenne per tessuti - Esempio di contatto “non-ohmico” “Smart surfaces”: - “Smart floor” - “Smart path” - “quasi optics” - Superfici per l’Energy Harvesting - Raccolta di energia da fasci gaussiani Applicazioni industriali dell’elettronica per l’IoT: alcuni esempi dall’esperienza di trasferimento tecnologico dell’Università di Perugia”. |