Ingegneria Elettronica - Electronics Engineering

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il corso intende fornire la teoria elettromagnetica generale dei materiali artificiali, dei metamateriali e delle strutture plasmoniche, di notevole importanza in molte recenti applicazioni.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti saranno in grado di modellare dal punto di vista elettromagnetico alcuni materiali di particolare interesse nelle applicazioni, e di simularne il relativo comportamento usando tecniche numeriche.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. E’ prevista la redazione di relazioni scritte.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. E’ previsto lo svolgimento di presentazioni orali.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Strumenti chiave usati estensivamente per la loro intuitività fisica e generalità rappresentativa sono le relazioni costitutive, il concetto di omogeneizzazione e le rappresentazioni circuitali equivalenti.

Gli studenti saranno in grado di modellizzare dal punto di vista elettromagnetico, e di simulare il relativo comportamento usando tecniche numeriche, alcune strutture di particolare interesse nelle applicazioni.

Applicazioni elettromagnetiche delle nanostrutture. Superfici selettive in frequenza (FSS) e applicazioni. Cristalli fotonici (PBG) o elettromagnetici (EBG) e applicazioni. Simulazione numerica di strutture elettromagnetiche periodiche. Metamateriali e applicazioni. Il materiale a griglia di fili. Rappresentazioni circuitali equivalenti. Plasmoni superficiali e applicazioni. Metodi numerici di analisi per materiali nanostrutturati. Tecniche di caratterizzazione sperimentale. Innovazione e trasferimento tecnologico.

• materiale introduttivo, teoremi ed equazioni fondamentali
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• proprietà elettromagnetiche dei materiali
• Testi di riferimento: testo del Docente
• metamateriali monodimensionali
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• metamateriali bidimensionali, metasuperfici
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• metamateriali tridimensionali, formule delle miscele
• Testi di riferimento: materiale del Docente
• plasmonica
• Testi di riferimento: materiale del Docente

L'esame si svolge mediante una prova orale, collocata dopo il termine dell’insegnamento e della durata massima di un’ora, le cui domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione dei concetti e delle metodologie discussi nel corso, con riferimento agli obiettivi formativi, e in particolare: alla comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni riguardo gli argomenti di base di elettromagnetismo applicato di maggiore rilevanza; alla capacità di apprendere in autonomia esprimendo proprie valutazioni sull’importanza degli argomenti trattati nelle applicazioni elettromagnetiche; all’abilità comunicativa dimostrata. L'esame include la presentazione orale dei contenuti di un articolo scientifico scelto insieme al docente, su argomenti connessi con il programma del Corso.

L. Solymar, E. Shamonina, Waves in Metamaterials, Oxford University Press, 2009.

W. Cai, V. Shalaev, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, Springer, 2010.

Trasparenze, testi didattici, articoli disponibili nel sito web del corso.

Materiale propedeutico: F. Frezza, A Primer on Electromagnetic Fields, Springer, 2015.

Metamaterials Handbook, F. Capolino Editor, CRC Press, 2 voll., 2009.

L. Novotny, B. Hecht, Principles of Nano-Optics, seconda edizione, Cambridge University Press, 2012.

L. Solymar, D. Walsh, R.R.A. Syms, Electrical properties of materials, decima edizione, Oxford University Press, 2019.

J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, seconda edizione, Princeton University Press, 2008.

European Commission Studies and Reports, "Nanostructured metamaterials", Exchange between experts in electromagnetics and material science, Ed.: S. Tretyakov, P. Barois, T. Scharf, V. Kruglyak, I. Bergmair

GENERALI

L’obiettivo del corso di Communication Theory and Engineering è quello di fornire conoscenze avanzate relative al dimensionamento di sistemi di comunicazione, analizzando in particolare le tematiche relative alla misura dell’informazione e teoria dell’informazione, alla codifica di sorgente e a quella di canale. Il corso ha inoltre l’obiettivo di introdurre a schemi di modulazione avanzati adottati in reti di quarta e quinta generazione.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: teoria dell’informazione, codifica di sorgente e di canale. Capacità di canale per il singolo collegamento e per sistemi ad accesso multiplo
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: analisi dell’informazione trasferibile in sistemi di comunicazione, selezione degli algoritmi di codifica di sorgente e di canale e scelta dei loro parametri.
• Autonomia di giudizio: capacità di affrontare un progetto di dimensionamento di un collegamento identificando vincoli e obiettivi imposti sugli indici prestazionali, individuando la soluzione più efficiente per ciascuno dei blocchi della catena che congiunge sorgente e destinazione.
• Abilità comunicative: N/A
• Capacità di apprendimento: acquisire le conoscenze che permetteranno nel seguito della carriera l’analisi e il confronto di sistemi e reti di comunicazioni in termini di capacità e informazione trasferita

Conoscenze e capacità necessarie per il dimensionamento di sistemi di comunicazione, analizzando in particolare le tematiche relative alla misura dell’informazione e teoria dell’informazione, alla codifica di sorgente e a quella di canale, e all'utilizzo di schemi di modulazione avanzati adottati in reti di quarta e quinta generazione.

ITALIANO

A) Argomenti di Teoria

• Teoria dell’Informazione

Misura statistica dell’informazione.

Entropia. Entropia condizionata e entropia congiunta. Entropia relativa. Distanza di Kullback-Leiber. Proprietà della equiripartizione asintotica.

Capacità del canale discreto

Capacità del canale continuo

Limiti teorici nella modulazione.

*Codifica di canale

Codifica di canale

Codici a correzione di errore

Codici a blocchi

Controllo di parità e codici di Hamming, distanza e peso di Hamming Decodifica soft e hard

Analisi delle prestazioni

Il codice perfetto

Guadagno di codice

Matrice di controllo di parità

Sindrome

Codici ciclici, BCH, Reed-Solomon

Caodici a scorrimento a massima lunghezza

Codici convoluzionali

Polinomio generatore

• Codifica di sorgente

Codifica con e senza perdita di informazione.

Segnali vocali e telefonici

Segnale vocale e suo modello di generazione.

Analisi in frequenza per segnali non stazionari e quasi periodici Spettrogramma.

Segnali telefonici

Errore di quantizzazione

Rapporto segnale rumore di quantizzazione

Quantizzazione uniforme e non-uniforme

Quantizzazione adattativa e differenziale

Standard

Codifica parametrica e di forma d’onda per segnali vocali

Codificatori di forma d’onda PCM, DPCM, ADPCM, ADM

Codificatori parametrici LPC, GSM, MP3.

Segnali di immagine

Caratteristiche e descrizione di immagini fisse in bianco e nero e a colori

Rapporto di aspetto

Luminanza e crominanza

Campionamento di un’immagine fissa e ricostruzione

Dimensionamento Immagini in movimento

Legame (tempo di trasmissione)-(larghezza di banda) per la trasmissione analogica di immagini campionate per riga

Codifica numerica di un’immagine campionata

• Standard

[NTSC, SECAM, PAL, DVD]

MPEG-2 Part 2 (H262) e MPEG-4 Part 10 (H264) DVB-T/DVB-T2, ATSC, DTMB, ISDB-T

Full HD, Super HD

• Modulazione

Modulazione multi-impulso e condizione di Nyquist generalizzata

Filtro adattato e SNR ottimo

B) Applicazioni e verifiche sperimentali

A completamento della formazione l'acquisizione di strumenti finalizzati alla simulazione di sistemi e reti di telecomunicazioni, in particolare MATLAB è fondamentale.

Le esercitazioni, disponibili sul sito del corso, corredate dalle rispettive soluzioni, fanno parte integrante del programma.

• Introduzione al corso
• Entropia di una variabile discreta
• Entropia di una variabile discreta
• Entropia di una variabile continua
• Entropia di una variabile continua
• Teorema della probabilità di equipartizione asintotica
• Codifica di sorgente
• Codifica di sorgente
• Codifica di sorgente
• Capacità di un canale discreto
• Capacità di un canale discreto
• Capacità di un canale continuo
• Capacità di un canale continuo
• Codifica di canale
• Codifica di canale
• Codifica di canale
• Segnale vocale e telefonico
• Segnale vocale e telefonico
• Segnale vocale e telefonico
• Segnale vocale e telefonico
• Immagini fisse
• Immagini fisse
• Immagini in movimento
• Immagini in movimento

L'esame è costituito da una prova scritta, consistente in una serie di esercizi da affrontare combinando analisi e strumenti di simulazione utilizzati nel corso, e da una prova orale che verte sui contenuti delle lezioni e delle esercitazioni svolte in aula.

Slides delle lezioni, testi e soluzioni delle esercitazioni

Cover, Thomas, and Joy Thomas (2006). Elements of Information Theory. 2nd ed. New York, NY, USA: Wiley-Interscience, 2006. ISBN: 9780471241959.

Rabiner Lawrence R. and Schafer Ronald W. (2007), “Introduction to Digital Speech Processing”, Foundations and Trends® in Signal

Processing: Vol. 1: No. 1–2, pp 1-194.

Proakis John G., Salehi Masoud, Bauch Gerhard (2013). Contemporary Communication Systems Using MATLAB, 3rd ed. Stamford, CT,

USA: Cengage Learning US, 2013.

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente

1 si appropria delle nozioni di base per comprendere i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base

2 valuta i limiti delle tecnologie di base

3 acquisisce le metodologie che guidano lo scaling alla Moore e portano alle soluzioni proposte per superarli allo stato dell’arte

4 studia i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti allo stato solido nei nodi tecnologici attuali

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente

1 si appropria delle nozioni di base per comprendere i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base

2 valuta i limiti delle tecnologie di base

3 acquisisce le metodologie che guidano lo scaling alla Moore e portano alle soluzioni proposte per superarli allo stato dell’arte

4 studia i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti allo stato solido nei nodi tecnologici attuali

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
N/D
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
N/D

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
N/D
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
N/D

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo scritto si compone di 10 ( o simile) domande sulla prima parte del corso relativa al canale lungo.

E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

L'orale verte sul libro relativo alla tecnologia integrata ultrascalata

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo scritto si compone di 10 ( o simile) domande sulla prima parte del corso relativa al canale lungo.

E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

L'orale verte sul libro relativo alla tecnologia integrata ultrascalata

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo scritto si compone di 10 ( o simile) domande sulla prima parte del corso relativa al canale lungo.

E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

L'orale verte sul libro relativo alla tecnologia integrata ultrascalata

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo scritto si compone di 10 ( o simile) domande sulla prima parte del corso relativa al canale lungo.

E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

L'orale verte sul libro relativo alla tecnologia integrata ultrascalata

COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1) Muller Kamins Dispositivi Elettronici Integrati

2) Irrera Integrazione in tecnologia CMOS ultracalata

3) dispensa su Cenni Introduttivi alla Meccanica Quantistica

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1) Muller Kamins Dispositivi Elettronici Integrati

2) Irrera Integrazione in tecnologia CMOS ultracalata

3) dispensa su Cenni Introduttivi alla Meccanica Quantistica

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N/D
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COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
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1) Muller Kamins Dispositivi Elettronici Integrati

2) Irrera Integrazione in tecnologia CMOS ultracalata

3) dispensa su Cenni Introduttivi alla Meccanica Quantistica

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1) Muller Kamins Dispositivi Elettronici Integrati

2) Irrera Integrazione in tecnologia CMOS ultracalata

3) dispensa su Cenni Introduttivi alla Meccanica Quantistica

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
N/D
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N/D

Lo studente

1 si appropria delle nozioni di base per comprendere i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base

2 valuta i limiti delle tecnologie di base

3 acquisisce le metodologie che guidano lo scaling alla Moore e portano alle soluzioni proposte per superarli allo stato dell’arte

4 studia i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti allo stato solido nei nodi tecnologici attuali

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

Modulo: COMPONENTI ELETTRONICI INTEGRATI
1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

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Lo scritto si compone di 10 ( o simile) domande sulla prima parte del corso relativa al canale lungo.

E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

L'orale verte sul libro relativo alla tecnologia integrata ultrascalata

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Lo scritto si compone di 10 ( o simile) domande sulla prima parte del corso relativa al canale lungo.

E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

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Lo studente

1 si appropria delle nozioni di base per comprendere i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base

2 valuta i limiti delle tecnologie di base

3 acquisisce le metodologie che guidano lo scaling alla Moore e portano alle soluzioni proposte per superarli allo stato dell’arte

4 studia i modelli elettrici e elettronici che governano il funzionamento dei componenti allo stato solido nei nodi tecnologici attuali

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Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

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Lo studente acquisisce nozioni relative, da un lato, alle strategie di miniaturizzazione di componenti CMOS compatibili secondo la legge di Moore e, dall’altro, alle soluzioni alternative al transistor convenzionale individuate negli ultimi 30 anni dalle industrie di semiconduttori.

Lo studente esegue virtualmente un viaggio all’interno del circuito integrato, aprendolo e scoprendone i materiali, ogni dettaglio tecnologico, le sue criticità e i suoi punti di forza.

Lo studente impara a conoscere il significato della parola affidabilità e dell’enorme importanza che oggi questo aspetto riveste nel design di nuove architetture, nuovi materiali e nuovi dispositivi.

A livello metodologico, lo studente impara a valutare in modo critico problemi e soluzioni nel compromesso tra prestazioni, costi e affidabilità.

Ogni anno vengono organizzati alcuni seminari in cui vengono coinvolte persone di differenti industrie di semiconduttori che parleranno di argomenti affrontati nel corso che sono attuali core business delle Compagnie. Tali seminari hanno l’obiettivo di aprire lo sguardo sul mercato dei semiconduttori e sulle offerte di stage, tirocini, tesi di laurea e posizioni strutturate.

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1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

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1)Fisica dei Semiconduttori: mobilità; scattering; mobilità in un campo elettrico; mobilità in temperatura; curva universale di mobilità; modelli empirici di mobilità in campo trasverso e in campo longitudinale; saturazione della velocità; generalità: livello di Fermi, approssimazione di Maxwell Boltzmann; livelli energetici, centri di ricombinazione, trappole, concentrazioni di portatori; equilibrio termodinamico; legge di azione di massa, approssimazione di quasi neutralità; condizioni di fuori equilibrio; quasi-Fermi levels generazione-ricombinazione all’equilibrio; foto-generazione; interazione luce-silicio. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

2)Componenti a giunzione: contatti metallo semiconduttore (equilibrio termodinamico; costruzione del diagramma a bande; barriera; bending del silicio; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); contatti ohmici; caratteristiche generali delle giunzioni p-n a semiconduttore in equilibrio termodinamico (costruzione del diagramma a bande; potenziale di built-in; svuotamento; campo elettrico; potenziale; Gauss; Poisson 1-D); giunzioni a semiconduttore polarizzate (controllo del potenziale di giunzione; generazione e ricombinazione; soluzione della equazione di continuità in condizioni di svuotamento, accumulazione, neutralità; Schockley-Hall-Read; equaz della corrente); principio di funzionamento del fotodiodo; principio di funzionamento della cella solare a giunzione; concetti base del funzionamento del bjt: efficienza di emettitore; coefficiente di trasporto; guadagno; estrazione dei parametri di Ebers Moll; funzionamento diretto; funz. inverso. Esercizi ed esempi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits)

3)Sistemi MOS e MOSFET: diagramma a bande; allineamento; bending del silicio; Poisson 1-D; condizioni di accumulazione, svuotamento, inversione; tensione di flat band; tensione di soglia per la forte inversione; carica nell’ossido; carica ale interfacce; MOSFET a canale lungo: VT implant; modelli a canale lungo di approssimazione zero; approssimazione di svuotamento uniforme; svuotamento e canale variabile; equazioni delle correnti; parametri di SPICE; corrente sottosoglia; cella elementare DRAM; cella elementare della memoria a floating gate; architettura NAND e NOR. Esercizi. (da: Muller Kamins: Device electronics for integrated circuits e Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

4)Problematiche generali dei componenti integrati in tecnologia CMOS; regole di scaling; ITRS e Legge di Moore; limiti dello scaling; concetto di affidabilità; roll-off della tensione di soglia; DIBL superficiale; incremento del rapporto IOFF/ION; ingegnerizzazione del canale e halo; DIBL profondo; degradazione della subthreshold slope; hot electrons; ionizzazione da impatto; corrente di substrato e corrente di gate; snap-back; latch-up; scaling dell’ossido di gate; tunnel assistito da trappole; degradazione dell’ossido; breakdown; statistica Weibull; tunnel diretto; leakage del CMOS in condizioni statiche; scaling dei contatti; circuito equivalente e affidabilità del contatto ohmico; ingegnerizzazione dei contatti; back-end of line; ingegnerizzazione dei livelli; gerarchie di interconnessioni; crosstalk; ritardi; affidabilità delle interconnessioni: elletromigrazione e void migration. Esercizi ed esempi (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

5)Stato dell’Arte dei componenti integrati commerciali: strained Silicon (Silicio-Germanio e coating ad altro strain); Silicon-On-Insulator (fully depletion; partial depletion; SIMOX; Smart-Cut); gate stack high-k/metal (problematiche di ossido ultrasottile, tunnel diretto, tecnologia del high-k, tecnologia del metallo, problemi e vantaggi); Dual-Gate; Tri-Gate e Fin-FET; Memorie innovative: CT-Memories; PCM; RRAM (da: Fernanda Irrera: Integrazione in tecnologia CMOS ultrascalata)

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E' obbligatoria la sufficienza per andare all'orale

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1) Muller Kamins Dispositivi Elettronici Integrati

2) Irrera Integrazione in tecnologia CMOS ultracalata

3) dispensa su Cenni Introduttivi alla Meccanica Quantistica

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KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. The course provides the basic principles for designing automatic systems for machine learning, addressing classification, clustering, functional approximation, and prediction problems, based on Computational Intelligence techniques, including neural networks, fuzzy logic, and evolutionary algorithms. Students who pass the final examination will be able to read and understand texts and articles on advanced topics in Soft Computing and Computational Intelligence, such as neural networks, optimization metaheuristics, and fuzzy systems. APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING. Students who pass the final examination will be able to apply the methodological principles and algorithms studied in the course to the design of innovative machine learning systems in multidisciplinary contexts. MAKING JUDGEMENTS. Students who pass the final examination will be able to analyse design requirements and select the machine learning system that best fits the case study under consideration. COMMUNICATION SKILLS. Students who pass the final examination will be able to prepare a technical report and deliver an appropriate presentation aimed at documenting any work involving the design, development, and performance evaluation of a machine learning system. LEARNING SKILLS. Students who pass the final examination will be able to independently continue studying the topics covered in the course, carrying out the continuous learning process required for professional competence in the ICT field.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Circuiti digitali VLSI, progettazione RTL, VHDL, architetture di microprocessori

CAPACITÀ APPLICATIVE. Progetto di circuiti digitali, sintesi su FPGA/ASIC, progetto/programmmazione di microprocessori

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Valutazione delle scelte progettuali e delle tecnologie da utilizzare.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Stesura di specifiche e modelli simulabili.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Qualsiasi successivo approfondimento su circuiti digitali, architetture e programmazione.

conoscenza e pratica del flusso di progettazione di circuiti integrati digitali

NOZIONI E CONCETTI GENERALI

Gli effetti dell’evoluzione tecnologica, Alternative di realizzazione fisica, Nozioni sul layout dei circuiti integrati,

Analisi dei costi di produzione dei sistemi integrati

IL FLUSSO DI PROGETTO

Livelli di astrazione, Diagramma a Y, Strumenti di analisi e verifica del progetto

LINGUAGGIO VHDL PER LA SIMULAZIONE E LA SINTESI DIGITALE

Introduzione, Oggetti trattati in VHDL, Modellazione di ritardi, Statement concorrenti, I processi in VHDL, Costrutti di controllo sequenziale nei processi, Procedure e funzioni, Package e librerie, Descrizioni strutturali, Cenno ad altri costrutti potenzialmente utili

CIRCUITI COMBINATORI AD ELEVATE PRESTAZIONI

Approfondimenti sui principi delle logiche CMOS, Logica CMOS statica convenzionale, Logiche pseudo-NMOS e DCSVL, Logica a pass-transistor, Logiche dinamiche

CIRCUITI DI MEMORIA NEI SISTEMI INTEGRATI

Latch e flip flop , Strutture circuitali per memorie

STRUTTURE CIRCUITALI PER LA TEMPORIZZAZIONE E IL CONTROLLO DELLE OPERAZIONI

Strategie di temporizzazione a livello circuitale,

SOTTO-SISTEMI DI ELABORAZIONE ARITMETICA

Introduzione, Strutture di addizionatori veloci, Strutture di moltiplicatori, Altre unità funzionali fondamentali

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO SU SIMULAZIONE DI CIRCUITI CMOS

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO SU SIMULAZIONE VHDL/SYSTEMVERILOG E SINTESI SU FPGA

esame scritto + esame di laboratorio

Weste and Eshraghian, Principles of CMOS VLSI design.

Jan M. Rabaey: Digital Integrated Circuits: a Design Perspective, Prentice Hall.

Waine Wolf, Modern VLSI Design, Prentice Hall.

Lucidi e articoli disponibili su http://vlsi.diet.uniroma1.it e pagina Google Classroom del corso

comunicata in aula

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Circuiti digitali VLSI, progettazione RTL, VHDL, architetture di microprocessori

CAPACITÀ APPLICATIVE. Progetto di circuiti digitali, sintesi su FPGA/ASIC, progetto/programmmazione di microprocessori

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Valutazione delle scelte progettuali e delle tecnologie da utilizzare.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Stesura di specifiche e modelli simulabili.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Qualsiasi successivo approfondimento su circuiti digitali, architetture e programmazione.

conoscenza e pratica del flusso di progettazione di circuiti integrati digitali

NOZIONI E CONCETTI GENERALI

Gli effetti dell’evoluzione tecnologica, Alternative di realizzazione fisica, Nozioni sul layout dei circuiti integrati,

Analisi dei costi di produzione dei sistemi integrati

IL FLUSSO DI PROGETTO

Livelli di astrazione, Diagramma a Y, Strumenti di analisi e verifica del progetto

LINGUAGGIO VHDL PER LA SIMULAZIONE E LA SINTESI DIGITALE

Introduzione, Oggetti trattati in VHDL, Modellazione di ritardi, Statement concorrenti, I processi in VHDL, Costrutti di controllo sequenziale nei processi, Procedure e funzioni, Package e librerie, Descrizioni strutturali, Cenno ad altri costrutti potenzialmente utili

CIRCUITI COMBINATORI PER MICROPROCESSORI E SISTEMI AD ELEVATE PRESTAZIONI

Approfondimenti sui principi delle logiche CMOS, Logica CMOS statica convenzionale, Logiche pseudo-NMOS e DCSVL, Logica a pass-transistor, Logiche dinamiche

CIRCUITI DI MEMORIA NEI SISTEMI INTEGRATI

Latch e flip flop , Strutture circuitali per memorie

STRUTTURE CIRCUITALI PER LA TEMPORIZZAZIONE E IL CONTROLLO DELLE OPERAZIONI

Strategie di temporizzazione a livello circuitale, Struttura PLA classica, Un caso di studio di struttura circuitale dedicata

SOTTO-SISTEMI DI ELABORAZIONE ARITMETICA

Introduzione, Strutture di addizionatori veloci, Strutture di moltiplicatori, Altre unità funzionali fondamentali

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO SU SIMULAZIONE DI CIRCUITI CMOS

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO SU SIMULAZIONE VHDL/SYSTEMVERILOG E SINTESI SU FPGA

esame scritto + esame di laboratorio

M. Olivieri, “Elementi di Progettazione dei Sistemi VLSI. Volume II: Architetture, Circuiti e Metodi”. Edizioni EDISES, Napoli. Errata corrige relativo al libro: http://vlsi.die.uniroma1.it/Errata_Corrige_VLSI_Volume_2.pdf

M. Olivieri, “Elementi di Progettazione dei Sistemi VLSI. Volume III: Esercizi di Progetto”. Edizioni EDISES, Napoli. Errata corrige relativo al libro: http://vlsi.die.uniroma1.it/Errata_Corrige_VLSI_Volume_3.pdf

Weste and Eshraghian, Principles of CMOS VLSI design.

Jan M. Rabaey: Digital Integrated Circuits: a Design Perspective, Prentice Hall.

Waine Wolf, Modern VLSI Design, Prentice Hall.

Lucidi e articoli disponibili su http://vlsi.diet.uniroma1.it e pagina Google Classroom del corso

comunicata in aula

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Apprendere gli elementi fondamentali della scrittura tecnico‐scientifica e della comunicazione interpersonale, strumenti che i laureati in materie scientifiche e tecnologiche in qualsiasi settore impiegano per comunicare dati, fatti, opinioni, raccomandazioni ai colleghi e alla comunità professionale di riferimento. CAPACITÀ APPLICATIVE. Capacità di redigere una tesi, una relazione, un rapporto, un articolo secondo le regole della struttura canonica del testo a partire da una pianificazione degli obiettivi della comunicazione e delle caratteristiche degli interlocutori. Conoscenza di approcci psico‐relazionali per potenziare l’efficacia della presentazione pubblica, gli stimoli della creatività personale e le capacità di supervisione e direzione. AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Capacità di valutare in modo critico e competente approcci e soluzioni a problemi di comunicazione tecnico‐scientifica. ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Capacità di descrivere problemi e soluzioni adottate per affrontare questioni di comunicazione tecnico‐scientifica. CAPACITÀ DI APPRENDERE. Capacità di ampliare e approfondire le proprie conoscenze riguardanti tematiche avanzate di comunicazione tecnico‐scientifica.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Apprendere gli elementi fondamentali della scrittura tecnico‐scientifica e della comunicazione interpersonale, strumenti che i laureati in materie scientifiche e tecnologiche in qualsiasi settore impiegano per comunicare dati, fatti, opinioni, raccomandazioni ai colleghi e alla comunità professionale di riferimento. CAPACITÀ APPLICATIVE. Capacità di redigere una tesi, una relazione, un rapporto, un articolo secondo le regole della struttura canonica del testo a partire da una pianificazione degli obiettivi della comunicazione e delle caratteristiche degli interlocutori. Conoscenza di approcci psico‐relazionali per potenziare l’efficacia della presentazione pubblica, gli stimoli della creatività personale e le capacità di supervisione e direzione. AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Capacità di valutare in modo critico e competente approcci e soluzioni a problemi di comunicazione tecnico‐scientifica. ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Capacità di descrivere problemi e soluzioni adottate per affrontare questioni di comunicazione tecnico‐scientifica. CAPACITÀ DI APPRENDERE. Capacità di ampliare e approfondire le proprie conoscenze riguardanti tematiche avanzate di comunicazione tecnico‐scientifica.

A) Apprendimento di conoscenze di base dei modelli matematici della meccanica dei continui basati sulle equazioni alle derivate parziali. Apprendimento dei principali metodi perturbativi: metodo perturbativo diretto, scale multiple e strati limite.

B) Acquisizione della capacità di impostare e analizzare problemi per equazioni alle derivate parziali.

Capacità di utilizzare i principali metodi perturbativi nel caso di presenza di parametri `piccoli' anche mediante strumenti di analisi `qualitativa'.

D), E) Sviluppo della capacità di interpretare qualitativamente la soluzione ottenuta, di comunicare i risultati relativi e di ricercare aiuto su testi o presso esperti. Al riguardo, capacità di costruzione e visualizzazione grafica delle soluzioni ottenute mediante l'uso di calcolo simbolico (toolbox MUPAD di MATLAB).

Lo/a studente/ssa alla fine del corso ha acquisito la capacita` di catalogare il problema differenziale in esame e riconoscere quale possa essere il metodo piu` opportuno per affrontare tale problema.

In particolare, e` in grado di scegliere il metodo piu` opportuno per determinare soluzioni approssimate di equazioni differenziali ordinarie nelle quali compaia un parametro "piccolo".

Inoltre, viene acquisita la capacita` di applicare ul "metodo di separazione delle variabili" per lo studio di problemi di equazioni differenziali alle derivate parziali con assegnate condizioni iniziali e al contorno.

Introduzione alle equazioni alle derivate parziali nelle applicazioni.

Equazioni alle derivate parziali lineari con alcune con nozioni su quelle non lineari:

1. Equazione delle onde del primo ordine;

2. Equazione delle onde del secondo ordine;

3. Equazione del calore;

4. Equazione di Laplace;

5. Equazioni (non-linear) di Burgers e Korteweg-de Vries (cenni).

Complementi di `Metodi qualitativi' per lo studio di equazioni

differenziali alle derivate ordinarie e loro interesse nelle applicazioni.

Sistemi conservativi e debolmente dissipativi.

Modelli nonlineari: cenno ai principali metodi perurbtivi nel caso

di presenza di parametri `piccoli' (Metodo perturbativo diretto,

scale multiple e stati limite) applicati a casi fisicamente significativi.

-- Moto armonico;

-- Oscillatore debolmente smorzato;

-- Eq. Duffing.

Soluzioni stazionarie e `piccole oscillazioni' nell'intorno di

equilibri stabili con esempi.

Cenni ad equazioni nonlineari alle derivate parziali in

presenza di parametri `piccoli'.

Implementazione (assistita da computer) e visualizzazione di soluzioni di problemi applicativi non lineari ottenuti tramite metodi di perturbativi.

Il toolbox MuPAD di MatLab viene introdotto e utilizzato per risolvere i problemi studiati e visualizzarne le soluzioni. Il confronto tra soluzioni esatte ed approssimate viene messo in evidenza anche graficamente.

N.B. Il programma puo` subire variazioni sviluppando maggiormente alcuni argomenti

(a scapito di altri) seguendo gli interessi culturali degli studenti che frequentano.

Tali studenti sono incoraggiati a sviluppare i metodi illustrati nel corso stesso ad

applicazioni di loro interesse anche utilizzando strumenti di calcolo simbolico.

TUTTE LE INFORMAZIONI si trovano sul sito del corso

http://www.sbai.uniroma1.it/~sandra.carillo/

seguendo il collegamento alle informazioni sulle informazioni relative alla didattica erogata.

Lo studente interessato al corso e` invitato a contattare la Docente via email.

email: [email protected]

Lo studente è incoraggiato a sviluppare un progetto personale (tesina) in cui mostra le capacità e le abilità acquisite durante il corso; tale tesina e` illustrata con una breve presentazione (con lucidi o lavagna) in sede di esame.

In particolare, al candidato è richiesto di studiare un problema differenziale che trova la sua origine in un modello fisico (ad esempio flusso supersonico, applicazioni biomediche o altri del suo interesse). Sulla base del modello, deve costruirne le soluzioni applicando metodi diversi. Quando possibile, identificato un parametro "piccolo" nel modello, applica i metodi perturbativi studiati nel corso per analizzarne le soluzioni. Sono incoraggiate le implementazioni assistite da computer (Toolbox MuPAD di MatLab) che permettono anche un confronto grafico tra le soluzioni ottenute con l'applicazione di metodi diversi. In tutti i casi in cui il lavoro dello studente è adeguato per un esame 6CFU, l'esposizione del lavoro di relativo al progetto personale esaurisce quanto richiesto per il superamento dell'esame.

In caso contrario, un esame orale copre quegli argomenti non toccati dal progetto (tesina) sviluppato personalmente.

In ogni caso, lo studente può decidere di superare l'esame sostenendo una prova orale relativa all'intero programma del corso piuttosto che preparare un progetto (tesina) sviluppato personalmente.

RIFERENDOSI AD OGNI ARGOMENTO (VALUTAZIONE IN TRENTESIMI):

-- conoscenza minima (18-20);

-- conoscenza media (21-23);

-- capacità di applicare le conoscenze in modo sufficiente (24-25);

-- buona capacità di applicare la conoscenza (27-28);

-- capacità di applicare la conoscenza in modo eccellente con buone capacità comunicative e pensiero critico (29-30 e lode).

NOTE E MATERIALE FORNITI DAL DOCENTE

Alcuni capitoli tratti dai testi:

• R. Haberman: Elementary applied partial differential equations : with Fourier series and boundary value problems, Prentice Hall 2004;
• N. H. Asmar: Partial Differential Equations With Fourier Series And Boundary Value Problems, Prentice Hall 2005;

-- D. W. Jordan and P. Smith, Nonlinear Ordinary Differential Equations

An introduction for Scientists and Engineers FOURTH EDITION

Oxford University Press, 1999

--M.H. Holmes M, Introduction To Perturbation Methods, Springer, 1995

-- M. Lo Schiavo, Note di Sistemi Dinamici, SIMAI E-LECTURE NOTES, vol.

UNICO, p. 1-566, (2013). ISBN 9788890570858, ISSN: 1970-4429

(free download)

vedere sopra

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. L’obiettivo principale di questo corso interdisciplinare è quello di fornire agli studenti conoscenze teoriche e pratiche necessarie per un uso sicuro, efficace e avanzato della metodologia georadar in diversi contesti applicativi. Gli studenti che abbiano superato l’esame avranno una visione d’insieme e attuale della tecnologia e metodologia georadar.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Uso di strumentazione georadar. Uso di software per la simulazione elettromagnetica. Uso di software per l’elaborazione di radargrammi.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Gli studenti che abbiano superato l’esame sapranno scegliere la strumentazione georadar più adeguata in diversi contesti applicativi e saranno in grado di pianificare ed eseguire indagini accurate. Sapranno elaborare e interpretare i radargrammi, nonché costruire modelli elettromagnetici di scenari georadar. Sapranno associare il georadar ad altre tecniche d’indagine non distruttiva.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di comunicare le conoscenze apprese in ambito scientifico e industriale.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno pronti per approfondire gli argomenti trattati durante il corso durante studi successivi o nel mondo del lavoro.

1. Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding)

L’obiettivo principale di questo corso interdisciplinare è fornire agli studenti le conoscenze teoriche e pratiche necessarie per un uso sicuro, efficace e avanzato della metodologia georadar (GPR) in diversi contesti applicativi.

Gli studenti che supereranno l’esame avranno acquisito una visione completa e aggiornata della tecnologia e della metodologia georadar, comprendendone i principi fisici, le modalità operative e le potenzialità applicative.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Applying knowledge and understanding)

Gli studenti saranno in grado di:

utilizzare la strumentazione georadar in modo corretto e consapevole;

impiegare software di simulazione elettromagnetica per modellare scenari GPR;

utilizzare software di elaborazione e interpretazione dei radargrammi per estrarre informazioni utili dai dati acquisiti.

3. Autonomia di giudizio (Making judgements)

Gli studenti svilupperanno la capacità di selezionare la strumentazione georadar più adeguata a seconda del contesto applicativo e delle condizioni operative.

Saranno in grado di pianificare ed eseguire indagini GPR accurate, di elaborare e interpretare i radargrammi, e di costruire modelli elettromagnetici rappresentativi degli scenari studiati.

Sapranno inoltre integrare il georadar con altre tecniche di indagine non distruttiva, valutando criticamente vantaggi e limiti di ciascuna metodologia.

4. Abilità comunicative (Communication skills)

Gli studenti saranno in grado di presentare e discutere in modo chiaro e rigoroso i risultati di analisi e indagini georadar, utilizzando un linguaggio tecnico adeguato al contesto scientifico o industriale.

Sapranno inoltre comunicare efficacemente con specialisti del settore e con interlocutori non tecnici, adattando il registro comunicativo al pubblico di riferimento.

5. Capacità di apprendimento (Learning skills)

Gli studenti acquisiranno le competenze metodologiche necessarie per approfondire autonomamente gli argomenti trattati nel corso e per aggiornarsi in modo continuo rispetto all’evoluzione delle tecniche e delle tecnologie GPR.

Saranno quindi pronti ad applicare e ampliare le conoscenze acquisite sia in ulteriori percorsi di studio, sia in contesti professionali legati all’ingegneria, alla geofisica, all’archeologia o ad altri ambiti di applicazione del georadar.

Il corso fornisce una trattazione completa dei principi teorici e delle applicazioni pratiche del metodo georadar (GPR – Ground Penetrating Radar), affrontando gli aspetti fisici, strumentali, operativi e interpretativi. Particolare attenzione è dedicata alle applicazioni in ingegneria civile, ambientale e archeologica, con esempi tratti da casi di studio reali e l’utilizzo di software per la simulazione e l’elaborazione dei dati.

Il programma è articolato nei seguenti nuclei tematici:

1. Principi di base — circa 18 ore

Introduzione al georadar. Proprietà elettromagnetiche dei materiali e limiti di funzionamento del georadar. Metodi di acquisizione e rappresentazione dati. Indicazioni pratiche per l'utilizzo efficace del georadar. Verifica di comprensione ed esercizi.

2. Sistemi georadar e antenne — circa 6 ore

Panoramica sui sistemi radar. Sistemi georadar: principi di funzionamento, componenti principali e architetture. Antenne per georadar: tipologie, prestazioni e criteri di scelta. Verifica di comprensione ed esercizi.

3. Applicazioni in ingegneria civile — circa 6 ore

Pianificazione dell’indagine georadar: posizionamento, acquisizione dati, verifiche di conformità e prestazioni. Indagini stradali con georadar: metodologia, linee guida e casi di studio. Georadar per la ricerca di sottoservizi: metodologia, linee guida e casi di studio. Applicazioni su ponti, gallerie, ferrovie ed edifici. Verifiche di comprensione.

4. Applicazioni in altri ambiti — circa 6 ore Georadar per l’archeologia e la gestione dei beni culturali. Applicazioni umanitarie: forensica, rilevamento di ordigni inesplosi, localizzazione di persone sotto macerie e valanghe. Applicazioni ambientali: agricoltura di precisione, siti inquinati, studio degli alberi. Esplorazione planetaria e radar olografico.

5. Elaborazione e interpretazione dei radargrammi — circa 18 ore

Elaborazione dei dati georadar con il software open-source matGPR. Esempi applicativi. Simulazione elettromagnetica di scenari georadar. - Metodo delle differenze finite nel dominio del tempo (FDTD). - Uso del simulatore open source gprMax. = Esempi applicativi.

6. Tecniche complementari — circa 3 ore

Tecniche di indagine integrative: tomografia elettrica, termografia, interferometria radar, prove ultrasoniche e altri metodi non distruttivi.

7. Ulteriori argomenti — circa 3 ore Storia del georadar e sviluppo tecnologico. Sicurezza di persone e attrezzature durante le indagini georadar. Telerilevamento urbano e uso del georadar su drone.

Alcune parti del programma potranno essere approfondite o sostituite in base all’interesse degli studenti e al loro percorso formativo.

• Principi di base — circa 18 ore Introduzione al georadar. Proprietà elettromagnetiche dei materiali e limiti di funzionamento del georadar. Metodi di acquisizione e rappresentazione dati. Indicazioni pratiche per l'utilizzo efficace del georadar. Verifica di comprensione ed esercizi.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.
• Sistemi georadar e antenne — circa 6 ore Panoramica sui sistemi radar. Sistemi georadar: principi di funzionamento, componenti principali e architetture. Antenne per georadar: tipologie, prestazioni e criteri di scelta. Verifica di comprensione ed esercizi.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.
• Applicazioni in ingegneria civile — circa 6 ore Pianificazione dell’indagine georadar: posizionamento, acquisizione dati, verifiche di conformità e prestazioni. Indagini stradali con georadar: metodologia, linee guida e casi di studio. Georadar per la ricerca di sottoservizi: metodologia, linee guida e casi di studio. Applicazioni su ponti, gallerie, ferrovie ed edifici. Verifiche di comprensione.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.
• Applicazioni in altri ambiti — circa 6 ore Georadar per l’archeologia e la gestione dei beni culturali. Applicazioni umanitarie: forensica, rilevamento di ordigni inesplosi, localizzazione di persone sotto macerie e valanghe. Applicazioni ambientali: agricoltura di precisione, siti inquinati, studio degli alberi. Esplorazione planetaria e radar olografico.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.
• Elaborazione e interpretazione dei radargrammi — circa 18 ore Elaborazione dei dati georadar con il software open-source matGPR. Esempi applicativi. Simulazione elettromagnetica di scenari georadar. Metodo delle differenze finite nel dominio del tempo (FDTD). Uso del simulatore open source gprMax. Esempi applicativi.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.
• Tecniche complementari — circa 3 ore Tecniche di indagine integrative: tomografia elettrica, termografia, interferometria radar, prove ultrasoniche e altri metodi non distruttivi.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.
• Ulteriori argomenti — circa 3 ore Storia del georadar e sviluppo tecnologico. Sicurezza di persone e attrezzature durante le indagini georadar. Telerilevamento urbano e uso del georadar su drone.
• Testi di riferimento: l materiale di studio corrispondente a questa parte del programma del corso è disponibile su Google Classroom ed è facilmente identificabile.

La valutazione finale del corso prevede una combinazione di prove scritte, progetti e prova orale facoltativa, articolata come segue:

1. Prova scritta

Obiettivo: verificare la comprensione dei principi del GPR, delle proprietà elettromagnetiche dei materiali, della pianificazione delle indagini e dei metodi di interpretazione dei dati.

Modalità: gli esercizi vengono forniti in aula all’inizio della prova.

Collocazione temporale: alla fine del corso e durante le sessioni d’esame ufficiali; nel corso del semestre potranno essere proposte prove intermedie.

Durata: 90–120 minuti per ciascuna prova.

Tipologia: esercizi a risposta aperta, problemi da risolvere e analisi di dati radar.

Misurazione: punteggio numerico in trentesimi; il risultato contribuisce alla valutazione finale nella misura del 50%.

2. Progetto

Obiettivo: sviluppare la capacità di applicare in modo autonomo conoscenze teoriche e computazionali a scenari GPR reali o simulati.

Modalità: elaborato scritto e/o presentazione orale; lavoro individuale o in piccoli gruppi.

Collocazione temporale: il tema del progetto viene proposto durante il corso; la consegna può avvenire in qualsiasi momento dell’anno accademico.

Durata: variabile in base alla complessità del progetto.

Tipologia: elaborazione dati con software (es. matGPR), simulazioni elettromagnetiche di scenari GPR (FDTD, gprMax) o analisi di radargrammi di casi studio.

Misurazione: valutazione in trentesimi, considerando accuratezza, autonomia, chiarezza della presentazione, capacità di sintesi e analisi critica. Il risultato contribuisce alla valutazione finale nella misura del 50%.

3. Prova orale facoltativa

Obiettivo: accertare la comprensione complessiva dei contenuti del corso, la capacità di integrare i diversi nuclei tematici e di argomentare in modo critico.

Modalità: colloquio individuale con il docente.

Collocazione temporale: alla fine del corso o durante le sessioni d’esame ufficiali.

Durata: circa 30 minuti per studente.

Tipologia: discussione di argomenti teorici, esercizi, analisi dati e casi studio.

Misurazione: voto in trentesimi con eventuale lode; valutazione delle conoscenze, capacità analitiche e chiarezza espositiva.

Studenti internazionali (incoming)

Le lezioni del corso sono in inglese. È possibile sostenere la prova d’esame in lingua inglese o in lingua italiana. Contenuti e obiettivi della valutazione rimangono invariati.

[1] TU1208 Education Pack: a multimedia educational package on Ground Penetrating Radar, developed by Members of COST (European COoperation in Science and Technology) Action TU1208.

[2] gprMax user guide. Available in open access on www.gprmax.com.

[3] matGPR user guide. Available in open access on http://users.uoa.gr/~atzanis/matgpr/matgpr.html.

[4] Ulteriore materiale didattico fornito dal docente (slide, dispense).

Tutto il materiale di studio si trova nel Google Classroom del corso: https://classroom.google.com/c/MzQ1MTI5ODQ5MDEy?cjc=v56mu7j

[5] A. Benedetto & L. Pajewski (2015), “Civil engineering applications of Ground Penetrating Radar.” Springer. Book Series: “Springer Transactions in Civil and Environmental Engineering.” ISBN: e-book 978-3-319-04813-0, hardcover 978-3-319-04812-3; doi: 10.1007/978-3-319-04813-0.

[6] D. Daniels (2004), “Ground Penetrating Radar.” Inspec/Iee. Book Series: “Iee Radar, Sonar, Navigation and Avionics.” ISBN-10: 0863413609. ISBN-13: 978-0863413605.

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
CONOSCENZA E COMPRENSIONE: COMPRENSIONE DEI MODELLI ELETTRICI E ELETTRONICI CHE GOVERNANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE DI BASE E DEI NODI TECNOLOGICI ATTUALI

CAPACITÀ APPLICATIVE. APPLICAZIONE DEI MODELLI DI BASE E DELLO STATO DELL’ARTE PER LA PROGETTAZIONE DI COMPONENTI INNOVATIVI

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. VALUTAZIONE DEI LIMITI DELLE TECNOLOGIE DI BASE NELLA FABBRICAZIONE DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. ESPRIMERE IN MODO ANALITICO LE EQUAZIONI CHE REGOLANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

CAPACITÀ DI APPRENDERE. ACQUISIZIONE DELLE METODOLOGIE CHE GUIDANO ALLA COMPRENSIONE DEL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORI E ALLO SCALING ALLA MOORE

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
CONOSCENZA E COMPRENSIONE: COMPRENSIONE DEI MODELLI ELETTRICI E ELETTRONICI CHE GOVERNANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE DI BASE E DEI NODI TECNOLOGICI ATTUALI

CAPACITÀ APPLICATIVE. APPLICAZIONE DEI MODELLI DI BASE E DELLO STATO DELL’ARTE PER LA PROGETTAZIONE DI COMPONENTI INNOVATIVI

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. VALUTAZIONE DEI LIMITI DELLE TECNOLOGIE DI BASE NELLA FABBRICAZIONE DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. ESPRIMERE IN MODO ANALITICO LE EQUAZIONI CHE REGOLANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

CAPACITÀ DI APPRENDERE. ACQUISIZIONE DELLE METODOLOGIE CHE GUIDANO ALLA COMPRENSIONE DEL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORI E ALLO SCALING ALLA MOORE

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi.

Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi.

Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Elementi di meccanica quantistica.

Proprietà elettroniche di base dei semiconduttori: struttura cristallina del silicio e principali difetti cristallini; modello di legame nei solidi; bande di valenza e conduzione, gap energetico; distribuzione di Fermi-Dirac; concetto di lacuna; densità degli stati; equilibrio termodinamico e legge dell'azione di massa; doping dei semiconduttori: materiali di tipo n, di tipo p e compensati.

Semiconduttori non omogenei: piegamento delle bande, energia cinetica e potenziale dei portatori; correnti di deriva e diffusione; quasi-livelli di Fermi.

Processi di generazione e ricombinazione: generalità; assorbimento della radiazione luminosa e fotogenerazione; ricombinazione assistita da trappole; equazioni di continuità.

Giunzione p-n: soluzione dell’equazione di Poisson all’equilibrio nell’approssimazione di svuotamento completo; profilo del potenziale elettrostatico e del campo elettrico; effetto di una polarizzazione esterna; derivazione della caratteristica tensione- corrente di un diodo ideale; profilo delle densità di corrente di elettroni e lacune e delle densità spaziali di portatori; deviazioni dal comportamento ideale: diodi a base corta, breakdown della giunzione in polarizzazione inversa, corrente di generazione-ricombinazione, resistenze serie, effetti di alta iniezione.

Contatti metallo-semiconduttore: affinità elettronica e funzione lavoro; barriera Schottky; realizzazione di contatti ohmici su silicio di tipo n e di tipo p.

Transistor bipolare a giunzione: struttura; derivazione della densità di corrente di elettroni e lacune nelle diverse regioni di funzionamento; parametri di prestazione; modulazione dell’ampiezza di base e punchthrough.

Condensatore MOS: struttura ideale; diagrammi a bande e derivazione della densità di carica in funzione della tensione di gate; trappole, difetti carichi e loro effetto sulla tensione di bande piatte; concetto di capacità differenziale; curve capacità-tensione in bassa e alta frequenza; Fowler-Nordheim tunneling.

Transistor a effetto di campo (MOSFET): struttura e principio di funzionamento; derivazione della corrente di drain in un transistor a canale lungo adottando il modello quadratico e il modello bulk-charge; derivazione della corrente sottosoglia; differenze con un transistor a canale corto.

Introduzione allo scaling: legge di Moore e resa di fabbricazione; scaling a campo costante; effetti dello scaling sulla dissipazione di potenza statica e dinamica, sulla mobilità, sulla variabilità e sui costi non ricorrenti; booster tecnologici.

Effetti dello scaling sull’affidabilità nel MOSFET: concetto di elettroni caldi; corrente di perdita attraverso l’ossido di gate; snap-back; latch-up; calcolo del campo elettrico massimo nel canale e soluzioni tecnologiche per la sua riduzione; roll-off della tensione di soglia, drain-induced barrier lowering e punchthrough; correzioni quantistiche al profilo di carica mobile nel canale.

Scalabilità dell’ossido di gate: tunneling assistito da stati di trappola; breakdown dell’ossido; modello statistico di Weibull per la formazione di percorsi percolativi; regole di proiezione.

Ossidi ad alta costante dielettrica: spessore equivalente; requisiti fondamentali e problemi tecnologici; metodi di deposizione; emissione Poole-Frenkel.

Contatti e isolamenti di back-end: ingegnerizzazione dei contatti di source, drain e di gate; tecnologie di isolamento laterale dei dispositivi.

Interconnessioni di back-end: livelli di metallizzazione; ritardi di propagazione; processo damascene per la realizzazione di interconnessioni in rame; isolanti a bassa costante dielettrica; problemi affidabilistici legati alla diffusione indotta da stress e all’elettromigrazione.

Evoluzioni del MOSFET planare: concetto di lunghezza naturale; architetture silicon-on-insulator, double-gate, FinFET e a nanosheet; concetto di transistor steep-slope; tunnel FET.

Memorie a stato solido: transistor floating gate; memorie flash; protocolli di lettura, scrittura e cancellazione; endurance e ritenzione del dato; architetture di tipo NAND e NOR; cenni alle memorie ad intrappolamento di carica; memorie non volatili di tipo resistivo.

• Elementi di meccanica quantistica (1 settimana)
• Elementi di fisica dei semiconduttori (2 settimane)
• Diodi a giunzione e giunzioni metallo-semiconduttore (2 settimane)
• Transistor bipolare a giunzione (2 lezioni)
• Condensatore MOS (1 settimana)
• MOSFET (1 settimana)
• Scaling della tecnologia CMOS (1 settimana)
• Evoluzione delle tecniche di fabbricazione dei circuiti integrati (1 settimana)
• Evoluzione del MOSFET a partire dall'architettura planare (2 lezioni)
• Memorie non volatili a stato solido (1 settimana)

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Elementi di meccanica quantistica.

Proprietà elettroniche di base dei semiconduttori: struttura cristallina del silicio e principali difetti cristallini; modello di legame nei solidi; bande di valenza e conduzione, gap energetico; distribuzione di Fermi-Dirac; concetto di lacuna; densità degli stati; equilibrio termodinamico e legge dell'azione di massa; doping dei semiconduttori: materiali di tipo n, di tipo p e compensati.

Semiconduttori non omogenei: piegamento delle bande, energia cinetica e potenziale dei portatori; correnti di deriva e diffusione; quasi-livelli di Fermi.

Processi di generazione e ricombinazione: generalità; assorbimento della radiazione luminosa e fotogenerazione; ricombinazione assistita da trappole; equazioni di continuità.

Giunzione p-n: soluzione dell’equazione di Poisson all’equilibrio nell’approssimazione di svuotamento completo; profilo del potenziale elettrostatico e del campo elettrico; effetto di una polarizzazione esterna; derivazione della caratteristica tensione- corrente di un diodo ideale; profilo delle densità di corrente di elettroni e lacune e delle densità spaziali di portatori; deviazioni dal comportamento ideale: diodi a base corta, breakdown della giunzione in polarizzazione inversa, corrente di generazione-ricombinazione, resistenze serie, effetti di alta iniezione.

Contatti metallo-semiconduttore: affinità elettronica e funzione lavoro; barriera Schottky; realizzazione di contatti ohmici su silicio di tipo n e di tipo p.

Transistor bipolare a giunzione: struttura; derivazione della densità di corrente di elettroni e lacune nelle diverse regioni di funzionamento; parametri di prestazione; modulazione dell’ampiezza di base e punchthrough.

Condensatore MOS: struttura ideale; diagrammi a bande e derivazione della densità di carica in funzione della tensione di gate; trappole, difetti carichi e loro effetto sulla tensione di bande piatte; concetto di capacità differenziale; curve capacità-tensione in bassa e alta frequenza; Fowler-Nordheim tunneling.

Transistor a effetto di campo (MOSFET): struttura e principio di funzionamento; derivazione della corrente di drain in un transistor a canale lungo adottando il modello quadratico e il modello bulk-charge; derivazione della corrente sottosoglia; differenze con un transistor a canale corto.

Introduzione allo scaling: legge di Moore e resa di fabbricazione; scaling a campo costante; effetti dello scaling sulla dissipazione di potenza statica e dinamica, sulla mobilità, sulla variabilità e sui costi non ricorrenti; booster tecnologici.

Effetti dello scaling sull’affidabilità nel MOSFET: concetto di elettroni caldi; corrente di perdita attraverso l’ossido di gate; snap-back; latch-up; calcolo del campo elettrico massimo nel canale e soluzioni tecnologiche per la sua riduzione; roll-off della tensione di soglia, drain-induced barrier lowering e punchthrough; correzioni quantistiche al profilo di carica mobile nel canale.

Scalabilità dell’ossido di gate: tunneling assistito da stati di trappola; breakdown dell’ossido; modello statistico di Weibull per la formazione di percorsi percolativi; regole di proiezione.

Ossidi ad alta costante dielettrica: spessore equivalente; requisiti fondamentali e problemi tecnologici; metodi di deposizione; emissione Poole-Frenkel.

Contatti e isolamenti di back-end: ingegnerizzazione dei contatti di source, drain e di gate; tecnologie di isolamento laterale dei dispositivi.

Interconnessioni di back-end: livelli di metallizzazione; ritardi di propagazione; processo damascene per la realizzazione di interconnessioni in rame; isolanti a bassa costante dielettrica; problemi affidabilistici legati alla diffusione indotta da stress e all’elettromigrazione.

Evoluzioni del MOSFET planare: concetto di lunghezza naturale; architetture silicon-on-insulator, double-gate, FinFET e a nanosheet; concetto di transistor steep-slope; tunnel FET.

Memorie a stato solido: transistor floating gate; memorie flash; protocolli di lettura, scrittura e cancellazione; endurance e ritenzione del dato; architetture di tipo NAND e NOR; cenni alle memorie ad intrappolamento di carica; memorie non volatili di tipo resistivo.

• Elementi di meccanica quantistica (1 settimana)
• Elementi di fisica dei semiconduttori (2 settimane)
• Diodi a giunzione e giunzioni metallo-semiconduttore (2 settimane)
• Transistor bipolare a giunzione (2 lezioni)
• Condensatore MOS (1 settimana)
• MOSFET (1 settimana)
• Scaling della tecnologia CMOS (1 settimana)
• Evoluzione delle tecniche di fabbricazione dei circuiti integrati (1 settimana)
• Evoluzione del MOSFET a partire dall'architettura planare (2 lezioni)
• Memorie non volatili a stato solido (1 settimana)

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Esame scritto e orale. L'esame scritto consiste in esercizi e domande teoriche. Gli studenti accedono all'esame orale previo superamento della prova scritta.

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Esame scritto e orale. L'esame scritto consiste in esercizi e domande teoriche. Gli studenti accedono all'esame orale previo superamento della prova scritta.

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Richard S. Muller and Theodore I. Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, Wiley

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

INTEGRATED ELECTRONIC DEVICES
Richard S. Muller and Theodore I. Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, Wiley

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

CONOSCENZA E COMPRENSIONE: COMPRENSIONE DEI MODELLI ELETTRICI E ELETTRONICI CHE GOVERNANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE DI BASE E DEI NODI TECNOLOGICI ATTUALI

CAPACITÀ APPLICATIVE. APPLICAZIONE DEI MODELLI DI BASE E DELLO STATO DELL’ARTE PER LA PROGETTAZIONE DI COMPONENTI INNOVATIVI

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. VALUTAZIONE DEI LIMITI DELLE TECNOLOGIE DI BASE NELLA FABBRICAZIONE DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. ESPRIMERE IN MODO ANALITICO LE EQUAZIONI CHE REGOLANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

CAPACITÀ DI APPRENDERE. ACQUISIZIONE DELLE METODOLOGIE CHE GUIDANO ALLA COMPRENSIONE DEL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORI E ALLO SCALING ALLA MOORE

Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi.

Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.

Elementi di meccanica quantistica.

Proprietà elettroniche di base dei semiconduttori: struttura cristallina del silicio e principali difetti cristallini; modello di legame nei solidi; bande di valenza e conduzione, gap energetico; distribuzione di Fermi-Dirac; concetto di lacuna; densità degli stati; equilibrio termodinamico e legge dell'azione di massa; doping dei semiconduttori: materiali di tipo n, di tipo p e compensati.

Semiconduttori non omogenei: piegamento delle bande, energia cinetica e potenziale dei portatori; correnti di deriva e diffusione; quasi-livelli di Fermi.

Processi di generazione e ricombinazione: generalità; assorbimento della radiazione luminosa e fotogenerazione; ricombinazione assistita da trappole; equazioni di continuità.

Giunzione p-n: soluzione dell’equazione di Poisson all’equilibrio nell’approssimazione di svuotamento completo; profilo del potenziale elettrostatico e del campo elettrico; effetto di una polarizzazione esterna; derivazione della caratteristica tensione- corrente di un diodo ideale; profilo delle densità di corrente di elettroni e lacune e delle densità spaziali di portatori; deviazioni dal comportamento ideale: diodi a base corta, breakdown della giunzione in polarizzazione inversa, corrente di generazione-ricombinazione, resistenze serie, effetti di alta iniezione.

Contatti metallo-semiconduttore: affinità elettronica e funzione lavoro; barriera Schottky; realizzazione di contatti ohmici su silicio di tipo n e di tipo p.

Transistor bipolare a giunzione: struttura; derivazione della densità di corrente di elettroni e lacune nelle diverse regioni di funzionamento; parametri di prestazione; modulazione dell’ampiezza di base e punchthrough.

Condensatore MOS: struttura ideale; diagrammi a bande e derivazione della densità di carica in funzione della tensione di gate; trappole, difetti carichi e loro effetto sulla tensione di bande piatte; concetto di capacità differenziale; curve capacità-tensione in bassa e alta frequenza; Fowler-Nordheim tunneling.

Transistor a effetto di campo (MOSFET): struttura e principio di funzionamento; derivazione della corrente di drain in un transistor a canale lungo adottando il modello quadratico e il modello bulk-charge; derivazione della corrente sottosoglia; differenze con un transistor a canale corto.

Introduzione allo scaling: legge di Moore e resa di fabbricazione; scaling a campo costante; effetti dello scaling sulla dissipazione di potenza statica e dinamica, sulla mobilità, sulla variabilità e sui costi non ricorrenti; booster tecnologici.

Effetti dello scaling sull’affidabilità nel MOSFET: concetto di elettroni caldi; corrente di perdita attraverso l’ossido di gate; snap-back; latch-up; calcolo del campo elettrico massimo nel canale e soluzioni tecnologiche per la sua riduzione; roll-off della tensione di soglia, drain-induced barrier lowering e punchthrough; correzioni quantistiche al profilo di carica mobile nel canale.

Scalabilità dell’ossido di gate: tunneling assistito da stati di trappola; breakdown dell’ossido; modello statistico di Weibull per la formazione di percorsi percolativi; regole di proiezione.

Ossidi ad alta costante dielettrica: spessore equivalente; requisiti fondamentali e problemi tecnologici; metodi di deposizione; emissione Poole-Frenkel.

Contatti e isolamenti di back-end: ingegnerizzazione dei contatti di source, drain e di gate; tecnologie di isolamento laterale dei dispositivi.

Interconnessioni di back-end: livelli di metallizzazione; ritardi di propagazione; processo damascene per la realizzazione di interconnessioni in rame; isolanti a bassa costante dielettrica; problemi affidabilistici legati alla diffusione indotta da stress e all’elettromigrazione.

Evoluzioni del MOSFET planare: concetto di lunghezza naturale; architetture silicon-on-insulator, double-gate, FinFET e a nanosheet; concetto di transistor steep-slope; tunnel FET.

Memorie a stato solido: transistor floating gate; memorie flash; protocolli di lettura, scrittura e cancellazione; endurance e ritenzione del dato; architetture di tipo NAND e NOR; cenni alle memorie ad intrappolamento di carica; memorie non volatili di tipo resistivo.

• Elementi di meccanica quantistica (1 settimana)
• Elementi di fisica dei semiconduttori (2 settimane)
• Diodi a giunzione e giunzioni metallo-semiconduttore (2 settimane)
• Transistor bipolare a giunzione (2 lezioni)
• Condensatore MOS (1 settimana)
• MOSFET (1 settimana)
• Scaling della tecnologia CMOS (1 settimana)
• Evoluzione delle tecniche di fabbricazione dei circuiti integrati (1 settimana)
• Evoluzione del MOSFET a partire dall'architettura planare (2 lezioni)
• Memorie non volatili a stato solido (1 settimana)

Esame scritto e orale. L'esame scritto consiste in esercizi e domande teoriche. Gli studenti accedono all'esame orale previo superamento della prova scritta.

Richard S. Muller and Theodore I. Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, Wiley

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

CONOSCENZA E COMPRENSIONE: COMPRENSIONE DEI MODELLI ELETTRICI E ELETTRONICI CHE GOVERNANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE DI BASE E DEI NODI TECNOLOGICI ATTUALI

CAPACITÀ APPLICATIVE. APPLICAZIONE DEI MODELLI DI BASE E DELLO STATO DELL’ARTE PER LA PROGETTAZIONE DI COMPONENTI INNOVATIVI

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. VALUTAZIONE DEI LIMITI DELLE TECNOLOGIE DI BASE NELLA FABBRICAZIONE DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. ESPRIMERE IN MODO ANALITICO LE EQUAZIONI CHE REGOLANO IL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORE

CAPACITÀ DI APPRENDERE. ACQUISIZIONE DELLE METODOLOGIE CHE GUIDANO ALLA COMPRENSIONE DEL FUNZIONAMENTO DEI COMPONENTI A SEMICONDUTTORI E ALLO SCALING ALLA MOORE

Comprensione dei modelli fisici che governano il funzionamento dei componenti a semiconduttore di base e sviluppo di opportune metodologie di analisi.

Comprensione delle tecnologie di fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore integrati, della loro evoluzione, dei loro limiti attuali e dei possibili scenari futuri.

Elementi di meccanica quantistica.

Proprietà elettroniche di base dei semiconduttori: struttura cristallina del silicio e principali difetti cristallini; modello di legame nei solidi; bande di valenza e conduzione, gap energetico; distribuzione di Fermi-Dirac; concetto di lacuna; densità degli stati; equilibrio termodinamico e legge dell'azione di massa; doping dei semiconduttori: materiali di tipo n, di tipo p e compensati.

Semiconduttori non omogenei: piegamento delle bande, energia cinetica e potenziale dei portatori; correnti di deriva e diffusione; quasi-livelli di Fermi.

Processi di generazione e ricombinazione: generalità; assorbimento della radiazione luminosa e fotogenerazione; ricombinazione assistita da trappole; equazioni di continuità.

Giunzione p-n: soluzione dell’equazione di Poisson all’equilibrio nell’approssimazione di svuotamento completo; profilo del potenziale elettrostatico e del campo elettrico; effetto di una polarizzazione esterna; derivazione della caratteristica tensione- corrente di un diodo ideale; profilo delle densità di corrente di elettroni e lacune e delle densità spaziali di portatori; deviazioni dal comportamento ideale: diodi a base corta, breakdown della giunzione in polarizzazione inversa, corrente di generazione-ricombinazione, resistenze serie, effetti di alta iniezione.

Contatti metallo-semiconduttore: affinità elettronica e funzione lavoro; barriera Schottky; realizzazione di contatti ohmici su silicio di tipo n e di tipo p.

Transistor bipolare a giunzione: struttura; derivazione della densità di corrente di elettroni e lacune nelle diverse regioni di funzionamento; parametri di prestazione; modulazione dell’ampiezza di base e punchthrough.

Condensatore MOS: struttura ideale; diagrammi a bande e derivazione della densità di carica in funzione della tensione di gate; trappole, difetti carichi e loro effetto sulla tensione di bande piatte; concetto di capacità differenziale; curve capacità-tensione in bassa e alta frequenza; Fowler-Nordheim tunneling.

Transistor a effetto di campo (MOSFET): struttura e principio di funzionamento; derivazione della corrente di drain in un transistor a canale lungo adottando il modello quadratico e il modello bulk-charge; derivazione della corrente sottosoglia; differenze con un transistor a canale corto.

Introduzione allo scaling: legge di Moore e resa di fabbricazione; scaling a campo costante; effetti dello scaling sulla dissipazione di potenza statica e dinamica, sulla mobilità, sulla variabilità e sui costi non ricorrenti; booster tecnologici.

Effetti dello scaling sull’affidabilità nel MOSFET: concetto di elettroni caldi; corrente di perdita attraverso l’ossido di gate; snap-back; latch-up; calcolo del campo elettrico massimo nel canale e soluzioni tecnologiche per la sua riduzione; roll-off della tensione di soglia, drain-induced barrier lowering e punchthrough; correzioni quantistiche al profilo di carica mobile nel canale.

Scalabilità dell’ossido di gate: tunneling assistito da stati di trappola; breakdown dell’ossido; modello statistico di Weibull per la formazione di percorsi percolativi; regole di proiezione.

Ossidi ad alta costante dielettrica: spessore equivalente; requisiti fondamentali e problemi tecnologici; metodi di deposizione; emissione Poole-Frenkel.

Contatti e isolamenti di back-end: ingegnerizzazione dei contatti di source, drain e di gate; tecnologie di isolamento laterale dei dispositivi.

Interconnessioni di back-end: livelli di metallizzazione; ritardi di propagazione; processo damascene per la realizzazione di interconnessioni in rame; isolanti a bassa costante dielettrica; problemi affidabilistici legati alla diffusione indotta da stress e all’elettromigrazione.

Evoluzioni del MOSFET planare: concetto di lunghezza naturale; architetture silicon-on-insulator, double-gate, FinFET e a nanosheet; concetto di transistor steep-slope; tunnel FET.

Memorie a stato solido: transistor floating gate; memorie flash; protocolli di lettura, scrittura e cancellazione; endurance e ritenzione del dato; architetture di tipo NAND e NOR; cenni alle memorie ad intrappolamento di carica; memorie non volatili di tipo resistivo.

• Elementi di meccanica quantistica (1 settimana)
• Elementi di fisica dei semiconduttori (2 settimane)
• Diodi a giunzione e giunzioni metallo-semiconduttore (2 settimane)
• Transistor bipolare a giunzione (2 lezioni)
• Condensatore MOS (1 settimana)
• MOSFET (1 settimana)
• Scaling della tecnologia CMOS (1 settimana)
• Evoluzione delle tecniche di fabbricazione dei circuiti integrati (1 settimana)
• Evoluzione del MOSFET a partire dall'architettura planare (2 lezioni)
• Memorie non volatili a stato solido (1 settimana)

Esame scritto e orale. L'esame scritto consiste in esercizi e domande teoriche. Gli studenti accedono all'esame orale previo superamento della prova scritta.

Richard S. Muller and Theodore I. Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, Wiley

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

Ben Streetman and Sanjay Banerjee, Solid State Electronic Devices, Pearson

Robert F. Pierret, Semiconductor device fundamentals, Addison Wesley

Simon M. Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley

Yuan Taur and Tak H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Fernanda Irrera, Ultra Large Scale Integration in CMOS technology, Edizioni Efesto

Apprendimento di conoscenze avanzate di Analisi Matematica

rivolte alle applicazioni; del calcolo differenziale in più variabili,

minimi e massimi con vincoli. Analisi di modelli matematici.

SPECIFICI

A) Conoscenza e capacità di comprensione: apprendere i concetti base e il

loro utilizzo in esercizi con il supporto

di libri di testo e dispense del corso di Metodi Matematici per l'Ingegneria dell'Informazione

B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione: essere in grado di

applicare le conoscenze acquisite in modo competente;

possedere competenza e comprensione adeguate per risolvere problemi

e sostenere argomentazioni

C) Autonomia di giudizio

Raccogliere ed interpretare i risultati sviluppati durante il corso

per risolvere problemi simili in modo autonomo.

Individuare caratteristiche comuni in problemi diversi

D) Abilità comunicative

Comunicare ipotesi, problemi e soluzioni a interlocutori non specialisti.

E) Capacità di apprendimento

Sviluppare le competenze necessarie per intraprendere studi avanzati.

Risultati di apprendimento attesi: alla fine del corso gli studenti avranno acquisito la conoscenza e la comprensione degli argomenti di metodi matematici per l'ingegneria dell'informazione. Inoltre gli studenti avranno acquisito l'abilità di usare gli strumenti studiati in differenti ambiti.

Lo spazio R^n.Derivate direzionali. Differenziabilita’. Insiemi convessi e funzioni convesse. Proprietà caratterizzanti.

Convessità e ottimizzazione. Minimi (massimi) locali e globali. Ottimizzazione vincolata.

Metodo dei moltiplicatori di Lagrange. Le condizioni di

Fritz John. condizioni di qualificazione dei vincoli.

Le condizioni di Karush-Kuhn-Tucker.

Dualità: problemi primali e duali.

Esempi di problemi di controllo

ottimo. La funzione valore. Il principio della

programmazione dinamica e l’ equazione di Hamilton-Jacobi-Bellman.

Concetti di teoria (40 ore)

Esempi ed esercizi (20 ore)

• II semestre

Discussione sugli argomenti del programma.

Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30.

Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli

argomenti del programma di Analisi Matematica II, e di essere in grado

di svolgere esercizi relativi agli argomenti del programma.

Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver

acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso.

Nicola Fusco Paolo Marcellini Carlo Sbordone

Lezioni di analisi matematica due

2020 Zanichelli Editore

Sandro Salsa - Carlo D. Pagani Analisi matematica. 2. Zanichelli

Mathematical Analysis: Functions of Several Real Variables and Applications Condividi

di Nicola Fusco , Paolo Marcellini, Carlo Sbordone Springer International Publishing AG,

Stephen Boyd , Lieven Vandenberghe

Convex Optimization

Stanford University Press

Dispensa ed esercizi sulla pagina web docente Prof. Paola Loreti (Dipartimento di Scienze

di Base e Applicate per l'Ingegneria)

ITA

GENERALI

Il corso di Microonde fornisce le metodologie utili all'analisi e alla progettazione di strutture di guida e circuiti a microonde. La prima parte del corso introduce l'equazione d'onda di Helmotz, le condizioni al contorno e la rappresentazione del campo (in termini di onde TE, TM e TEM) utili per analizzare strutture di guida metalliche (guide d'onda rettangolari e circolari, cavi coassiali, ecc.). A tal fine, vengono introdotti i concetti di costante di propagazione, impedenza modale, fase e velocità di gruppo. Il comportamento in frequenza delle strutture considerate viene determinato tenendo conto della presenza di perdite dielettriche e metalliche. Infine, viene fornita una descrizione delle proprietà guidanti delle linee di trasmissione a microstriscia. La seconda parte del corso è dedicata alla caratterizzazione di circuiti a microonde a N porte in termini di impedenza, ammettenza e matrici di scattering. In particolare, vengono presentate le caratteristiche elettromagnetiche e circuitali di giunzioni a una e più porte, come generatori, risonatori, filtri, attenuatori, isolatori, sfasatori, accoppiatori direzionali, divisori di potenza ed amplificatori.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere e comprendere gli aspetti metodologici legati alle problematiche inerenti la propagazione guidata.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper applicare le proprie competenze all’analisi ed alla sintesi di strutture guidanti operanti in regime di alta frequenza.
• Autonomia di giudizio: Essere in grado di sviluppare modelli analitici e numerici atti ad interpretare la propagazione del campo EM in strutture guidanti e risonanti a microonde.
• Abilità comunicative: Saper comunicare in maniera efficace con specialisti e non specialisti di problematiche tecniche legate alla propagazione guidata.
• Capacità di apprendimento: Saper attingere a fonti bibliografiche e testi specialistici in lingua italiana e inglese al fine di approfondire ed incrementare la conoscenza nel settore.

Gli studenti che abbiano superato l’esame di microonde saranno in grado di analizzare e progettare strutture guidanti e circuiti passivi ed attivi a microonde.

STRUTTURE UTILIZZATE PER LA PROPAGAZIONE GUIDATA DELLE ONDE EM NELLA TECNICA DELLE MICROONDE

1. Le principali applicazioni della tecnica delle microonde

2. Descrizione generale delle principali strutture guidanti

3. Determinazione del campo elettromagnetico nelle strutture guidanti

Scomposizione del campo EM in onde TE, TM, TEM, Impedenze d-onda modali, Condizioni al contorno, Autovalori e autovettori, Costante di propagazione, Velocità di fase, Velocità di gruppo, Attenuazione, Ortogonalità dei modi

4. Guide d-onda a sezione rettangolare e circolare

Equazione di Helmholtz, Scomposizione del campo em in onde TE e TM, Modo dominante, Spettro dei modi, Modi degeneri, Potenza e attenuazione in guida

5. Cavo coassiale

Modo dominante TEM, Potenza e attenuazione, Modi TE e TM

6. Strutture guidanti a due conduttori di sezione generica

Proprietà del modo TEM, Funzione di Green, Linea equivalente, Espressione dell’impedenza caratteristica, Calcolo della capacità per unità di lunghezza.

7. Strutture guidanti a microstriscia

Generalità, Il modo quasi-TEM, Capacità per unità di lunghezza e costante dielettrica efficace, Metodo per il calcolo della impedenza caratteristica della linea equivalente al modo quasi-TEM, Dispersione nelle linee a microstriscia

PARTE SECONDA

COMPONENTI E CIRCUITI A MICROONDE

1. Linee equivalenti ai modi guidati

Arbitrarietà nella scelta dei parametri delle linee equivalenti, Tensioni e correnti equivalenti ai modi TE e TM, Linee equivalenti

2. Studio dei componenti a microonde attraverso parametri misurabili alle bocche

Definizione di giunzione a N bocche, Matrici ammettenza, impedenza, scattering, Proprietà e relazioni tra le matrici, Traslazione delle bocche, Proprietà della matrice di Scattering per giunzioni prive di perdite, Matrici di dissipazione e della potenza reattiva, Giunzioni risonanti

3. Strutture ad una bocca

Relazioni tra le grandezze d-ingresso alla bocca, Strutture passive prive di perdite, Strutture risonanti prive di perdite e con perdite, Coefficiente di qualità Q per strutture isolate e caricate, Risonatori cilindrici, Risonatori di forma parallelepipeda, Calcolo del Q di un risonatore, Cavità caricate, Q di strutture caricate, Strutture attive

4. Strutture a due bocche e più Bocche

Matrice di scattering, Circuiti equivalenti, Strutture prive di perdite, Coefficiente di riflessione, Perdita di inserzione ed Attenuazione, Guadagno, Guadagno di trasduzione, Guadagno di trasduzione unilatero, Matrici di trasferimento e di trasmissione, Sfasatori, Attenuatori, Accoppiatori Direzionali, Divisori di Potenza Wilkinson

• Descrizione generale delle principali

strutture guidanti e dei principali circuiti a Microonde

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Le bande di frequenza, le strutture guidanti di tipo

metallico e dielettrico

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Le equazioni per la valutazione delle componenti del campo

EM associato alle onde TM, TE e TEM, le impedenze d’onda e le frequenze di

cut-off

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Condizioni al contorno per pareti elettriche e magnetiche

perfette, le condizioni al contorno di tipo impedenza e la condizione al

contorno di Leontovich

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Costanti di propagazione, velocità di fase e di gruppo ed angolo

di Brillouin

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Ortogonalità modale in guide prive di perdite

(modi degeneri e non degeneri)

La costante di attenuazione in guida

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Modi TE, e TM in guida rettangolare (configurazioni del

campo, delle correnti di superficie e valutazione della costante di

attenuazione)

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Equazione delle onde in coordinate cilindriche,

funzioni di Bessel e di Hankel e condizioni al contorno per guide circolari

Modi TE e TM in guida circolare

(caratteristiche generali)

Modi TE, TM e TEM in cavo coassiale (Costante

di attenuazione valutazione esatta ed approssimata)

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Linea a microstriscia. Modello basato sulla

guida a piatti metallici paralleli (circuito equivalente relativo al modo TEM)

Strutture a microstriscia reali: equazione di

governo della funzione di Green, valutazione del potenziale elettrodinamico, andamenti

della permettività equivalente e dell’impedenza

caratteristica di linee a microstriscia

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di MicroondeE. Yamashita, "Variational Method for the Analysis of Microstrip-Like Transmission Lines," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 16, no. 8, pp. 529-535, August 1968, doi: 10.1109/TMTT.1968.1126735.
• Lo slab dielettrico terminato a massa

(equazione di governo e configurazione del campo)

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Strutture multiporta a microonde (Il teorema di

Poynting per reti multiporta)

Caratterizzazione di reti passive a microonde

mediante matrici di impedenza, ammettenza e scattering e relative proprietà

analitiche

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Valutazione della potenza attiva e reattiva di

reti multiporta mediante matrici di scattering (derivazione delle matrici Qr e

Qi)

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Strutture ad una porta passive derivazione del

circuito equivalente

Risonatori EM, fattori di smorzamento e di

merito di risonatori reali, esempi di valutazione del campo in risonatori

parallelepipedi, cilindrici e coassiali

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Strutture ad una porta attive: generatori di

tensione e corrente a RF, potenza ceduta a carichi passivi

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Strutture a due porte: proprietà generali di

Reti a due porte semplici e caricate

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Perdita d’inserzione, di attenuazione e

guadagno di reti due porte

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Attenuatori dissipativi e circolatori e

sfasatori a microonde

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde
• Accoppiatore direzionale di tipo distribuito

e divisore di potenza di tipo Wilkinson

• Testi di riferimento: P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde

L'esame è suddiviso in una prova scritta ed in una orale. La prova scritta prevede la soluzione analitica di problemi legati alla valutazione del campo elettromagnetico in guide, risonatori e/o circuiti a microonde, mentre la prova orale ha l'obbiettivo di verificare l'acquisizione delle competenze teoriche del corso.

P. Bernardi, M. Cavagnaro, Lezioni di Microonde

ITA

GENERALI

Obiettivo del modulo è di fornire allo studente le conoscenze di base concernenti la propagazione guidata dei campi elettromagnetici, e le strutture e i circuiti a microonde. In particolare, scopo del modulo è l’insegnamento dell’analisi a costanti distribuite tipica dei circuiti a microonde, la rassegna delle principali strutture guidanti e dei principali elementi circuitali a microonde, e l’apprendimento della metodologia per lo studio ed analisi di tali elementi.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere e saper comprendere gli aspetti metodologici dello studio e caratterizzazione della tecnica delle microonde.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper applicare le tecniche di analisi e sintesi per la progettazione di dispositivi e circuiti a microonde.
• Autonomia di giudizio: Essere in grado di formulare una propria valutazione relativa all’impiego dei componenti e circuiti a microonde nelle applicazioni dell’ICT; essere in grado di raccogliere informazioni aggiuntive per conseguire una maggiore consapevolezza relativa alla propagazione guidata dei campi elettromagnetici e alla loro elaborazione.
• Abilità comunicative: Saper descrivere i componenti di base dei circuiti a microonde; saper comunicare le conoscenze acquisite
• Capacità di apprendimento: Il corso permetterà di acquisire le tecniche di studio e analisi delle principali strutture di interesse nel campo delle microonde.

Conoscenze di circuiti a microonde, capacità di analisi e sintesi

Dopo un breve ripasso degli ELEMENTI FONDAMENTALI DI CAMPI ELETTROMAGNETICI, necessari per la comprensione del corso, il programma si struttura in una prima parte dedicata allo studio ed analisi delle STRUTTURE GUIDANTI, e una seconda parte relativa ai COMPONENTI CIRCUITALI A MICROONDE.

La prima parte comincia con l’introduzione delle proprietà fondamentali dei modi elettromagnetici che si propagano nelle strutture guidanti, fornendo così la metodologia di analisi e le proprietà di propagazione del campo elettromagnetico in guida. Quindi, le strutture guidanti più comuni, ovvero guida rettangolare, cavo coassiale e linea a microstriscia vengono presentate e studiate nel dettaglio.

Nella seconda parte viene introdotta la matrice di scattering e le sue proprietà, per la rappresentazione circuitale delle giunzioni a microonde. Quindi elementi circuitali quali gli attenuatori e accoppiatori direzionali vengono rappresentati mediante la matrice di scattering, e la loro struttura fisica viene studiata nel dettaglio. Infine, vengono presentati SOFTWARE PER LO STUDIO DI CIRCUITI A MICROONDE.

• Il dettaglio delle lezioni è disponibile sul sito e-learning e viene presentato e discusso il primo giorno di lezione. Quanto segue è puramente indicativo e si riferisce all’intero corso
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning
• Ripasso dei concetti fondamentali dei campi elettromagnetici (20 h)
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning
• Strutture guidanti: guida d'onda rettangolare; cavo coassiale; microstriscia ed altre (30 h)
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning
• Definizione e proprietà della matrice di scattering e altre matrici utili nei circuiti a microonde (16)
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning
• Dispositivi lineari a 1,2,3,4 porte (14 h)
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning
• Proprietà delle ferriti e dispositivi non reciproci (6 h)
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning
• Miscellanea, seminari (4 h)
• Testi di riferimento: Materiale a disposizione su elearning

La prova orale consiste in due domande di carattere generale, per la verifica della capacità di parlare con il linguaggio corretto e di ragionare sulle tematiche presentate a lezione

Materiale del corso (slide, dispense, articoli) disponibile sul sito e-learning del corso

1. F. Frezza, A Primer on Electromagnetic Fields, Springer, 2015.

2. F. Frezza and P. Simeoni, Planar Guiding Structures, 2025.

3. R. E. Collin, Foundations of Microwave Engineering. 2nd Ed., Wiley, USA, 2001.

4. D. M. Pozar, Microwave Engineering. 2nd Ed., Wiley, USA, 1998.

5. R. Sorrentino and G. Bianchi, Microwave and RF Engineering. Wiley, USA, 2010.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

CAPACITÀ APPLICATIVE.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE.

CAPACITÀ DI APPRENDERE.

Fornire agli studenti di Ingegneria, alla fine del loro percorso di laurea, una conoscenza di tecniche che consentano la comprensione di fenomeni di propagazione dell’ottica quantistica, ossia del campo e.m. e sua interazione con i mezzi materiali. Tema di grande interesse, e oramai indispensabili, per comprendere il mondo della informazione e computazione quantistiche

• Fondamenti di ottica quantistica, inclusa la quantizzazione del campo elettromagnetico, stati quantistici della luce e teoria quantistica della coerenza, interazione degli atomi con la luce quantizzata, statistiche della luce (come l'antiraggruppamento dei fotoni e le statistiche sub-Poissoniane possibili solo con una teoria quantistica completa della luce). Sistemi quantistici aperti. Processi dissipativi e decoerenza.- Tecniche sperimentali in ottica quantistica come laser a frequenza singola e sorgenti di fotoni singoli, conteggiatori di fotoni, raffreddamento ottico, generatori di stati compressi.- Applicazioni all'informazione quantistica e alla misura quantistica, inclusi argomenti come elementi di esperimenti di ottica quantistica, test fondamentali della meccanica quantistica, distribuzione quantistica delle chiavi, teletrasporto quantistico, crittografia e calcolo quantistico.

Tre domande sul programma

R.Loudon -The quantum theory of ligth

Dispense del docente

L’obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e del dimensionamento dei sistemi di collegamento in fibra ottica per vari ambiti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione di misura, anche attraverso esercitazioni di laboratorio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici con lo scopo di dimensionare sistemi fotonici in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei

principali dispositivi optoelettronici e le applicazioni di sistemi fotonici con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di un dispositivo optoelettronico e dei sistemi collegamento fotonico , sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

Modulo: PHOTONICS
Il corso è centrato su descrizione e tecniche di progetto di sistemi di collegamento fotonici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico. (3 ore)

Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra. (3 ore)

Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico. (3 ore)

Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza. (3 ore)

Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra. (3 ore)

Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza. (3 ore)

CAD per sistemi ottici. (2 ore)

Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare. (4 ore)

Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore. (3ore)

Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman (3 ore).

Modulo: OPTOELECTRONICS
Il corso è centrato su materiali, dispositivi e tecniche di progetto di dispostivi optoelettronici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Proprietà ottiche dei semiconduttori di volume e nanostrutturati (6 ore)

Sorgenti di luce a LED a semiconduttori organici e applicazioni per illuminamento e schemi piatti, confronto con tecnologia a cristallo liquido (6 ore)

Sorgenti di luce LASER (6 ore)

Fotorivelatori a singolo elementi e pixellati (10 ore)

Materiali dielettrici per optoelettronica (vetri, cristalli anisotropi) (2 ore)

Dispoitivi ottici integrati in guida d'onda (8 ore)

Effetti elettro-ottici per modulatori e commutatori di luce, effetto acustoottico per filtri di luce accordabili (6 ore)

Dispositivi nanofotonici basato su materiali a bandgap fotonico (2 ore)

Fibre ottiche: caratteristiche fisiche e di propagazione, tecniche di fabbricazione (6 ore)

Esperienze di laboratorio su sorgenti ottiche e fotorivelatori (4 ore)

Strumenti CAD per la progettazione di dispositivi ottico intgrati (4 ore)

Modulo: PHOTONICS

• Argomento 1. Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici. Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 2. Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 3. Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 4. Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 5.Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 6. Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 7. CAD per sistemi ottici.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 8.Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 9. Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 10. Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

Modulo: OPTOELECTRONICS

• Argomento 1: Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 2: Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 3. LED: materiali strutture e tecnologie.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 4. LED relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 5. LED organici. Applicazioni di LED per illuminamento e schermi piatti. Confronto con tecnologia a cristallo liquido.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 6. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, condizione di soglia e cavità Fabry‐Perot.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 7. Laser a semiconduttore. Equazioni dinamiche, corrente di soglia, caratteristiche luce‐corrente.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 8. Laser a semiconduttore: modulazione per piccoli e grandi segnali, chirp della frequenza, rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 9. Laser a semiconduttore DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 10. Fotorivelatori a semiconduttore: efficienza quantica, sensibilità, larghezza di banda, corrente di buio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 11. Fotorivelatori a semiconduttore: fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. SPAD.
• Argomento 12. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 13. Fotocatodi e fotomoltiplicatori: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 14. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 15. Rumore nei fotorivelatori.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 16. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 17. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Polarizzaotri e separatori di polarizzazione integrati. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 18. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Guide di luce in niobato di litio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 19. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico. Circuiti fotonici integrati pe interconnessioni ottiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 20. Esperienze di laboratorio su sorgenti e fotorivelatori ottici. Accoppiatori e commutatori ottici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

Nella prova scritta è richiesto il dimensionamento di un collegamento ottico o di un suo sottosistema.

Nella prova orale sono richiesti approfondimenti dell'elaborato scritto su argomenti correlati.

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile su Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: OPTOELECTRONICS

• G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems,, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Modulo: OPTOELECTRONICS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

L’obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e del dimensionamento dei sistemi di collegamento in fibra ottica per vari ambiti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione di misura, anche attraverso esercitazioni di laboratorio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici con lo scopo di dimensionare sistemi fotonici in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei

principali dispositivi optoelettronici e le applicazioni di sistemi fotonici con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di un dispositivo optoelettronico e dei sistemi collegamento fotonico , sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

Modulo: PHOTONICS
Il corso è centrato su descrizione e tecniche di progetto di sistemi di collegamento fotonici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico. (3 ore)

Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra. (3 ore)

Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico. (3 ore)

Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza. (3 ore)

Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra. (3 ore)

Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza. (3 ore)

CAD per sistemi ottici. (2 ore)

Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare. (4 ore)

Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore. (3ore)

Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman (3 ore).

Modulo: OPTOELECTRONICS
Il corso è centrato su materiali, dispositivi e tecniche di progetto di dispostivi optoelettronici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Proprietà ottiche dei semiconduttori di volume e nanostrutturati (6 ore)

Sorgenti di luce a LED a semiconduttori organici e applicazioni per illuminamento e schemi piatti, confronto con tecnologia a cristallo liquido (6 ore)

Sorgenti di luce LASER (6 ore)

Fotorivelatori a singolo elementi e pixellati (10 ore)

Materiali dielettrici per optoelettronica (vetri, cristalli anisotropi) (2 ore)

Dispoitivi ottici integrati in guida d'onda (8 ore)

Effetti elettro-ottici per modulatori e commutatori di luce, effetto acustoottico per filtri di luce accordabili (6 ore)

Dispositivi nanofotonici basato su materiali a bandgap fotonico (2 ore)

Fibre ottiche: caratteristiche fisiche e di propagazione, tecniche di fabbricazione (6 ore)

Esperienze di laboratorio su sorgenti ottiche e fotorivelatori (4 ore)

Strumenti CAD per la progettazione di dispositivi ottico intgrati (4 ore)

Modulo: PHOTONICS

• Argomento 1. Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici. Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 2. Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 3. Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 4. Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 5.Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 6. Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 7. CAD per sistemi ottici.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 8.Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 9. Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 10. Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

Modulo: OPTOELECTRONICS

• Argomento 1: Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 2: Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 3. LED: materiali strutture e tecnologie.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 4. LED relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 5. LED organici. Applicazioni di LED per illuminamento e schermi piatti. Confronto con tecnologia a cristallo liquido.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 6. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, condizione di soglia e cavità Fabry‐Perot.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 7. Laser a semiconduttore. Equazioni dinamiche, corrente di soglia, caratteristiche luce‐corrente.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 8. Laser a semiconduttore: modulazione per piccoli e grandi segnali, chirp della frequenza, rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 9. Laser a semiconduttore DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 10. Fotorivelatori a semiconduttore: efficienza quantica, sensibilità, larghezza di banda, corrente di buio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 11. Fotorivelatori a semiconduttore: fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. SPAD.
• Argomento 12. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 13. Fotocatodi e fotomoltiplicatori: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 14. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 15. Rumore nei fotorivelatori.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 16. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 17. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Polarizzaotri e separatori di polarizzazione integrati. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 18. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Guide di luce in niobato di litio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 19. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico. Circuiti fotonici integrati pe interconnessioni ottiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 20. Esperienze di laboratorio su sorgenti e fotorivelatori ottici. Accoppiatori e commutatori ottici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

Nella prova scritta è richiesto il dimensionamento di un collegamento ottico o di un suo sottosistema.

Nella prova orale sono richiesti approfondimenti dell'elaborato scritto su argomenti correlati.

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile su Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: OPTOELECTRONICS

• G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems,, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Modulo: OPTOELECTRONICS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

PHOTONICS
L’obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e del dimensionamento dei sistemi di collegamento in fibra ottica per vari ambiti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione di misura, anche attraverso esercitazioni di laboratorio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici con lo scopo di dimensionare sistemi fotonici in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

OPTOELECTRONICS
L’obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e del dimensionamento dei sistemi di collegamento in fibra ottica per vari ambiti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione di misura, anche attraverso esercitazioni di laboratorio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici con lo scopo di dimensionare sistemi fotonici in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

PHOTONICS
Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei

principali dispositivi optoelettronici e le applicazioni di sistemi fotonici con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di un dispositivo optoelettronico e dei sistemi collegamento fotonico , sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

OPTOELECTRONICS
Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei

principali dispositivi optoelettronici e le applicazioni di sistemi fotonici con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di un dispositivo optoelettronico e dei sistemi collegamento fotonico , sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

PHOTONICS
Modulo: PHOTONICS
Il corso è centrato su descrizione e tecniche di progetto di sistemi di collegamento fotonici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico. (3 ore)

Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra. (3 ore)

Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico. (3 ore)

Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza. (3 ore)

Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra. (3 ore)

Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza. (3 ore)

CAD per sistemi ottici. (2 ore)

Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare. (4 ore)

Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore. (3ore)

Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman (3 ore).

Modulo: OPTOELECTRONICS
Il corso è centrato su materiali, dispositivi e tecniche di progetto di dispostivi optoelettronici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Proprietà ottiche dei semiconduttori di volume e nanostrutturati (6 ore)

Sorgenti di luce a LED a semiconduttori organici e applicazioni per illuminamento e schemi piatti, confronto con tecnologia a cristallo liquido (6 ore)

Sorgenti di luce LASER (6 ore)

Fotorivelatori a singolo elementi e pixellati (10 ore)

Materiali dielettrici per optoelettronica (vetri, cristalli anisotropi) (2 ore)

Dispoitivi ottici integrati in guida d'onda (8 ore)

Effetti elettro-ottici per modulatori e commutatori di luce, effetto acustoottico per filtri di luce accordabili (6 ore)

Dispositivi nanofotonici basato su materiali a bandgap fotonico (2 ore)

Fibre ottiche: caratteristiche fisiche e di propagazione, tecniche di fabbricazione (6 ore)

Esperienze di laboratorio su sorgenti ottiche e fotorivelatori (4 ore)

Strumenti CAD per la progettazione di dispositivi ottico intgrati (4 ore)

Modulo: PHOTONICS

• Argomento 1. Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici. Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 2. Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 3. Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 4. Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 5.Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 6. Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 7. CAD per sistemi ottici.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 8.Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 9. Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 10. Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

Modulo: OPTOELECTRONICS

• Argomento 1: Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 2: Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 3. LED: materiali strutture e tecnologie.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 4. LED relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 5. LED organici. Applicazioni di LED per illuminamento e schermi piatti. Confronto con tecnologia a cristallo liquido.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 6. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, condizione di soglia e cavità Fabry‐Perot.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 7. Laser a semiconduttore. Equazioni dinamiche, corrente di soglia, caratteristiche luce‐corrente.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 8. Laser a semiconduttore: modulazione per piccoli e grandi segnali, chirp della frequenza, rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 9. Laser a semiconduttore DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 10. Fotorivelatori a semiconduttore: efficienza quantica, sensibilità, larghezza di banda, corrente di buio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 11. Fotorivelatori a semiconduttore: fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. SPAD.
• Argomento 12. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 13. Fotocatodi e fotomoltiplicatori: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 14. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 15. Rumore nei fotorivelatori.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 16. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 17. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Polarizzaotri e separatori di polarizzazione integrati. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 18. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Guide di luce in niobato di litio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 19. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico. Circuiti fotonici integrati pe interconnessioni ottiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 20. Esperienze di laboratorio su sorgenti e fotorivelatori ottici. Accoppiatori e commutatori ottici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

OPTOELECTRONICS
Modulo: PHOTONICS
Il corso è centrato su descrizione e tecniche di progetto di sistemi di collegamento fotonici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico. (3 ore)

Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra. (3 ore)

Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico. (3 ore)

Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza. (3 ore)

Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra. (3 ore)

Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza. (3 ore)

CAD per sistemi ottici. (2 ore)

Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare. (4 ore)

Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore. (3ore)

Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman (3 ore).

Modulo: OPTOELECTRONICS
Il corso è centrato su materiali, dispositivi e tecniche di progetto di dispostivi optoelettronici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Proprietà ottiche dei semiconduttori di volume e nanostrutturati (6 ore)

Sorgenti di luce a LED a semiconduttori organici e applicazioni per illuminamento e schemi piatti, confronto con tecnologia a cristallo liquido (6 ore)

Sorgenti di luce LASER (6 ore)

Fotorivelatori a singolo elementi e pixellati (10 ore)

Materiali dielettrici per optoelettronica (vetri, cristalli anisotropi) (2 ore)

Dispoitivi ottici integrati in guida d'onda (8 ore)

Effetti elettro-ottici per modulatori e commutatori di luce, effetto acustoottico per filtri di luce accordabili (6 ore)

Dispositivi nanofotonici basato su materiali a bandgap fotonico (2 ore)

Fibre ottiche: caratteristiche fisiche e di propagazione, tecniche di fabbricazione (6 ore)

Esperienze di laboratorio su sorgenti ottiche e fotorivelatori (4 ore)

Strumenti CAD per la progettazione di dispositivi ottico intgrati (4 ore)

Modulo: PHOTONICS

• Argomento 1. Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici. Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 2. Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 3. Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 4. Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 5.Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 6. Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 7. CAD per sistemi ottici.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 8.Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 9. Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 10. Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

Modulo: OPTOELECTRONICS

• Argomento 1: Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 2: Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 3. LED: materiali strutture e tecnologie.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 4. LED relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 5. LED organici. Applicazioni di LED per illuminamento e schermi piatti. Confronto con tecnologia a cristallo liquido.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 6. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, condizione di soglia e cavità Fabry‐Perot.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 7. Laser a semiconduttore. Equazioni dinamiche, corrente di soglia, caratteristiche luce‐corrente.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 8. Laser a semiconduttore: modulazione per piccoli e grandi segnali, chirp della frequenza, rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 9. Laser a semiconduttore DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 10. Fotorivelatori a semiconduttore: efficienza quantica, sensibilità, larghezza di banda, corrente di buio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 11. Fotorivelatori a semiconduttore: fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. SPAD.
• Argomento 12. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 13. Fotocatodi e fotomoltiplicatori: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 14. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 15. Rumore nei fotorivelatori.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 16. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 17. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Polarizzaotri e separatori di polarizzazione integrati. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 18. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Guide di luce in niobato di litio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 19. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico. Circuiti fotonici integrati pe interconnessioni ottiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 20. Esperienze di laboratorio su sorgenti e fotorivelatori ottici. Accoppiatori e commutatori ottici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

PHOTONICS
Nella prova scritta è richiesto il dimensionamento di un collegamento ottico o di un suo sottosistema.

Nella prova orale sono richiesti approfondimenti dell'elaborato scritto su argomenti correlati.

OPTOELECTRONICS
Nella prova scritta è richiesto il dimensionamento di un collegamento ottico o di un suo sottosistema.

Nella prova orale sono richiesti approfondimenti dell'elaborato scritto su argomenti correlati.

PHOTONICS
Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile su Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: OPTOELECTRONICS

• G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems,, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Modulo: OPTOELECTRONICS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

OPTOELECTRONICS
Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile su Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: OPTOELECTRONICS

• G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems,, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Modulo: OPTOELECTRONICS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

L’obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e del dimensionamento dei sistemi di collegamento in fibra ottica per vari ambiti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione di misura, anche attraverso esercitazioni di laboratorio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici con lo scopo di dimensionare sistemi fotonici in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei

principali dispositivi optoelettronici e le applicazioni di sistemi fotonici con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di un dispositivo optoelettronico e dei sistemi collegamento fotonico , sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

Modulo: PHOTONICS
Il corso è centrato su descrizione e tecniche di progetto di sistemi di collegamento fotonici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico. (3 ore)

Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra. (3 ore)

Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico. (3 ore)

Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza. (3 ore)

Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra. (3 ore)

Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza. (3 ore)

CAD per sistemi ottici. (2 ore)

Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare. (4 ore)

Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore. (3ore)

Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman (3 ore).

Modulo: OPTOELECTRONICS
Il corso è centrato su materiali, dispositivi e tecniche di progetto di dispostivi optoelettronici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Proprietà ottiche dei semiconduttori di volume e nanostrutturati (6 ore)

Sorgenti di luce a LED a semiconduttori organici e applicazioni per illuminamento e schemi piatti, confronto con tecnologia a cristallo liquido (6 ore)

Sorgenti di luce LASER (6 ore)

Fotorivelatori a singolo elementi e pixellati (10 ore)

Materiali dielettrici per optoelettronica (vetri, cristalli anisotropi) (2 ore)

Dispoitivi ottici integrati in guida d'onda (8 ore)

Effetti elettro-ottici per modulatori e commutatori di luce, effetto acustoottico per filtri di luce accordabili (6 ore)

Dispositivi nanofotonici basato su materiali a bandgap fotonico (2 ore)

Fibre ottiche: caratteristiche fisiche e di propagazione, tecniche di fabbricazione (6 ore)

Esperienze di laboratorio su sorgenti ottiche e fotorivelatori (4 ore)

Strumenti CAD per la progettazione di dispositivi ottico intgrati (4 ore)

Modulo: PHOTONICS

• Argomento 1. Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici. Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 2. Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 3. Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 4. Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 5.Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 6. Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 7. CAD per sistemi ottici.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 8.Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 9. Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 10. Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

Modulo: OPTOELECTRONICS

• Argomento 1: Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 2: Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 3. LED: materiali strutture e tecnologie.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 4. LED relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 5. LED organici. Applicazioni di LED per illuminamento e schermi piatti. Confronto con tecnologia a cristallo liquido.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 6. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, condizione di soglia e cavità Fabry‐Perot.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 7. Laser a semiconduttore. Equazioni dinamiche, corrente di soglia, caratteristiche luce‐corrente.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 8. Laser a semiconduttore: modulazione per piccoli e grandi segnali, chirp della frequenza, rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 9. Laser a semiconduttore DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 10. Fotorivelatori a semiconduttore: efficienza quantica, sensibilità, larghezza di banda, corrente di buio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 11. Fotorivelatori a semiconduttore: fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. SPAD.
• Argomento 12. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 13. Fotocatodi e fotomoltiplicatori: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 14. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 15. Rumore nei fotorivelatori.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 16. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 17. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Polarizzaotri e separatori di polarizzazione integrati. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 18. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Guide di luce in niobato di litio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 19. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico. Circuiti fotonici integrati pe interconnessioni ottiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 20. Esperienze di laboratorio su sorgenti e fotorivelatori ottici. Accoppiatori e commutatori ottici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

Nella prova scritta è richiesto il dimensionamento di un collegamento ottico o di un suo sottosistema.

Nella prova orale sono richiesti approfondimenti dell'elaborato scritto su argomenti correlati.

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile su Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: OPTOELECTRONICS

• G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems,, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Modulo: OPTOELECTRONICS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

L’obiettivo dell’insegnamento è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e del dimensionamento dei sistemi di collegamento in fibra ottica per vari ambiti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione di misura, anche attraverso esercitazioni di laboratorio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici con lo scopo di dimensionare sistemi fotonici in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative a diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti di un sistema optoelettronico.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei

principali dispositivi optoelettronici e le applicazioni di sistemi fotonici con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di un dispositivo optoelettronico e dei sistemi collegamento fotonico , sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

Modulo: PHOTONICS
Il corso è centrato su descrizione e tecniche di progetto di sistemi di collegamento fotonici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico. (3 ore)

Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra. (3 ore)

Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico. (3 ore)

Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza. (3 ore)

Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra. (3 ore)

Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza. (3 ore)

CAD per sistemi ottici. (2 ore)

Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare. (4 ore)

Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore. (3ore)

Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman (3 ore).

Modulo: OPTOELECTRONICS
Il corso è centrato su materiali, dispositivi e tecniche di progetto di dispostivi optoelettronici. I principali argomenti del corso sono riportati di seguito (in parentesi il numero di ore orientativo) che includono un parte teorica e un parte di esercitazione.

Proprietà ottiche dei semiconduttori di volume e nanostrutturati (6 ore)

Sorgenti di luce a LED a semiconduttori organici e applicazioni per illuminamento e schemi piatti, confronto con tecnologia a cristallo liquido (6 ore)

Sorgenti di luce LASER (6 ore)

Fotorivelatori a singolo elementi e pixellati (10 ore)

Materiali dielettrici per optoelettronica (vetri, cristalli anisotropi) (2 ore)

Dispoitivi ottici integrati in guida d'onda (8 ore)

Effetti elettro-ottici per modulatori e commutatori di luce, effetto acustoottico per filtri di luce accordabili (6 ore)

Dispositivi nanofotonici basato su materiali a bandgap fotonico (2 ore)

Fibre ottiche: caratteristiche fisiche e di propagazione, tecniche di fabbricazione (6 ore)

Esperienze di laboratorio su sorgenti ottiche e fotorivelatori (4 ore)

Strumenti CAD per la progettazione di dispositivi ottico intgrati (4 ore)

Modulo: PHOTONICS

• Argomento 1. Introduzione ai collegamenti ottici e cenni storici. Segnali ottici RZ e NRZ. Capacità del canale ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 2. Dispersione nelle fibre singolo modo e limitazioni nei sistemi di comunicazione ottica. Calcolo del prodotto velocità di cifra-lunghezza di collegamento. Tecniche di compensazione della dispersione. Effetti delle nonlinearità ottiche in fibra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 3. Progetto dei trasmettitori ottici. Modulazione diretta. Chirp della frequenza. Rumore di intensità e di partizione di modo; larghezza di linea spettrale. Accoppiamento fibra-sorgente, ritorno ottico.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 4. Progetto del ricevitore: il front-end, il canale lineare, il recupero dei dati. Sensibilità del ricevitore e causa di degrado con calcolo della penalità in potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 5.Misura delle prestazioni di un ricevitore: il diagramma a occhio, grafici BER-potenza ricevuta e sensibilità-velocità di cifra.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 6. Criteri di progetto e prestazioni di un sistema di comunicazione ottico. Collegamento punto-punto, reti ottiche. Bilancio della potenza e del tempo di salita. Degrado delle prestazioni del sistema e penalità di potenza.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 7. CAD per sistemi ottici.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 8.Sistemi a multiplazione di lunghezza d’onda: architetture, componenti, prestazioni. Diafonia lineare e non lineare.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 9. Amplificatori ottici. Spettro, larghezza di banda e saturazione del guadagno, rumore. Amplificatori a semiconduttore. Amplificatori in fibra drogata con erbio: schemi di pompaggio, spettro e caratteristiche del guadagno: curve guadagno-potenza di pompa, guadagno-lunghezza dell’amplificatore.
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Argomento 10. Rumore dell’amplificatore. Sensibilità di un ricevitore ottico con pre-amplificatore ottico. Compensazione della non uniformità del guadagno. Amplificatori in linea e dispersione. Amplificatori Brillouin e Raman
• Testi di riferimento: G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

Modulo: OPTOELECTRONICS

• Argomento 1: Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 2: Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 3. LED: materiali strutture e tecnologie.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 4. LED relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 5. LED organici. Applicazioni di LED per illuminamento e schermi piatti. Confronto con tecnologia a cristallo liquido.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 6. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, condizione di soglia e cavità Fabry‐Perot.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 7. Laser a semiconduttore. Equazioni dinamiche, corrente di soglia, caratteristiche luce‐corrente.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 8. Laser a semiconduttore: modulazione per piccoli e grandi segnali, chirp della frequenza, rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 9. Laser a semiconduttore DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 10. Fotorivelatori a semiconduttore: efficienza quantica, sensibilità, larghezza di banda, corrente di buio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 11. Fotorivelatori a semiconduttore: fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. SPAD.
• Argomento 12. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 13. Fotocatodi e fotomoltiplicatori: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 14. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 15. Rumore nei fotorivelatori.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 16. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 17. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Polarizzaotri e separatori di polarizzazione integrati. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 18. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Guide di luce in niobato di litio.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 19. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico. Circuiti fotonici integrati pe interconnessioni ottiche
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• Argomento 20. Esperienze di laboratorio su sorgenti e fotorivelatori ottici. Accoppiatori e commutatori ottici.
• Testi di riferimento: • S.O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Second Edition, 2013, Pearson• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

Nella prova scritta è richiesto il dimensionamento di un collegamento ottico o di un suo sottosistema.

Nella prova orale sono richiesti approfondimenti dell'elaborato scritto su argomenti correlati.

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile su Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: OPTOELECTRONICS

• G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: PHOTONICS

• G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication Systems,, Wiley Interscience, 5th Edition, 2021
• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Modulo: OPTOELECTRONICS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

Obiettivi formativi

L'obiettivo formativo primario dell’insegnamento è l'apprendimento da parte degli studenti dei principali aspetti teorici legati alla probabilità e all’inferenza statistica.

Gli studenti devono inoltre saper risolvere i problemi analitici necessari per applicare i suddetti concetti teorici.

Conoscenza e capacità di comprensione.

Dopo aver frequentato il corso gli studenti conoscono e comprendono i principali aspetti relativi alla teoria della probabilità e alle metodologie dell’inferenza statistica. Inoltre gli studenti acquisiscono i principali strumenti da utilizzare per risolvere i problemi legati al concetto di incertezza e alla valutazione dei dati.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione.

Al termine del corso gli studenti sono in grado di formalizzare problemi legati all'incertezza in termini di problemi probabilistici e di applicare i metodi statistici specifici della disciplina per risolverli.

Sono inoltre in grado di modellare fenomeni reali in ambito ingegneristico mediante strutture probabilistiche notevoli.

Autonomia di giudizio.

Gli studenti sviluppano capacità critiche attraverso l’applicazione della teoria a un'ampia gamma di modelli statistici.

Sviluppano inoltre il senso critico attraverso il confronto tra soluzioni alternative allo stesso problema ottenute utilizzando aspetti metodologici diversi tipici dell’analisi dei dati.

Abilità comunicativa.

Gli studenti, attraverso lo studio e lo svolgimento di esercizi pratici, acquisiscono il linguaggio tecnico-scientifico della disciplina, che deve essere opportunamente utilizzato nella prova finale.

Capacità di apprendimento.

Gli studenti che superano l’esame hanno appreso i concetti base della probabilità e dell’analisi dei dati che consentono loro di affrontare tematiche legati alla teoria delle decisioni in ambito ingegneristico.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il corso si prefigge lo scopo di far acquisire allo studente conoscenze per il progetto di circuiti a radiofrequenza e microonde. Particolare attenzione è posta sul progetto di oscillatori, amplificatori, mixer e filtri.

CAPACITÀ APPLICATIVE. La parte teorica è integrata da tecniche CAD di progettazione e realizzazione di circuiti a radiofrequenza applicati in contesti interdisciplinari quali i radar, le telecomunicazioni e gli apparati biomedicali.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di progettazione CAD, parte integrante del corso e oggetto di verifica tramite apposita prova pratica progettuale hanno anche l'obiettivo di sviluppare l'autonomia del candidato.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di progettazione CAD prevedono lavori di gruppo che sviluppano le abilità comunicative e di interazione.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Oltre al materiale didattico fornito, lo studente è stimolato a studiare in un modo autonomo utilizzando la letteratura scientifica messa a disposizione e altro materiale reperibile in rete.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il corso si prefigge lo scopo di far acquisire allo studente conoscenze sulle basi teoriche dei circuiti a radiofrequenza e microonde. Particolare attenzione è posta all’analisi di oscillatori, amplificatori, mixer e filtri. La parte teorica è integrata dall'utilizzo di CAD per la realizzazione di circuiti a radiofrequenza.

ABILITÀ APPLICATIVE. Le conoscenze acquisite potranno essere applicate al progetto di circuiti a radiofrequenza e microonde. Al termine del corso lo studente sarà in grado di progettare oscillatori, amplificatori mixer e filtri per applicazioni civili, industriali e mediche operanti a RF.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività teoriche, altamente interdisciplinari, mirano a sviluppare la capacità del candidato a collegare i metodi matematici e le tecniche apprese in altri corsi di studio. Le attività di progettazione CAD, parte integrante del corso e oggetto di verifica tramite apposita prova pratica progettuale, hanno anche l'obiettivo di sviluppare l'autonomia del candidato.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE Le attività seminariali, svolte anche da ricercatori esterni, hanno l'obiettivo di sviluppare le abilità comunicative. Inoltre, le attività di laboratorio CAD prevedono lavori di gruppo che sviluppano le abilità di interazione.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Oltre al materiale didattico fornito, lo studente è stimolato a studiare in un modo autonomo utilizzando la letteratura scientifica messa a disposizione e altro materiale reperibile in rete.

INTRODUZIONE: Esempi di sistemi di telecomunicazione e radar

OSCILLATORI A RF: circuiti risonanti, fattori di merito e perdite, esempi di reti RLC intorno alla risonanza, il coefficiente di stabilità in frequenza, il quarzo come elemento circuitale, rumore di fase. Oscillatori a controreazione: Oscillatori Colpitz, Clapp, Pierce e al quarzo. Oscillatori a resistenza negativa: condizioni di mantenimento, innesco e stabilità delle oscillazioni, oscillatori a risonatore dielettrico, oscillatori a risonatore ceramico.

AMPLIFICATORI A RF: stabilità, circonferenze di stabilità, fattore di Rollet, calcolo del guadagno di trasduzione, parametri di rumore, amplificatori per il massimo guadagno: dimensionamento a partire da transistors incondizionatamente stabili, realizzazione delle reti di adattamento con elementi distribuiti o concentrati, dimensionamento a partire da transistors condizionatamente stabili, dimensionamento delle reti di stabilizzazione. Amplificatori a bassa figura di rumore.

Amplificatori di potenza, parametri e classi degli amplificatori, dimensionamento di amplificatori di potenza in classe A. Progetto a partire da modelli non-lineari o da misure di load pull.

FILTRI A RF: Progetto di filtri a microonde con il metodo del passa basso prototipo di riferimento, realizzazione in tecnologia planare di filtri passa basso

MIXER A RF: parametri caratteristici dei mixer Mixer con transistors: BJT, JFET. Mixer con diodi: modello non lineare del diodo schottky, cause e modelli del rumore nei diodi, mixer a singolo diodo, mixer bilanciati.

MODULATORI E DEMODULATORI: Modulatori e demodulatori AM, SSB, di frequenza

Il PLL: principio di funzionamento, risposta ad un errore di fase e di frequenza, stabilità, il progetto di un PLL.

Amplificatore IF e controllo del guadagno.

CAD: Esempi CAD Microwave Office, di tutti i circuiti descritti

• Teoria degli oscillatori a controreazione
• Testi di riferimento: 01_Feedback_Oscillator_Theory
• Progetto oscillatore di Colpitts
• Testi di riferimento: 02_Colpitts_Oscillator_Design
• Progetto oscillatori di Pierce e al Quarzo
• Testi di riferimento: 03_Pierce_and_Quartz_Oscillator_Design
• Richiami matrice di scattering
• Testi di riferimento: 04_Review_Scattering_matrix
• Teoria degli oscillatori a resistenza negativa
• Testi di riferimento: 05_Negative_Resistance_Oscillator_Theory
• Progetto di ocillatori ceramici e dielettrici
• Testi di riferimento: 06_CRO_and_DRO_Design
• Stabilità degli amplificatori
• Testi di riferimento: 07_Amplifier_Stability_Gain
• Progetto di amplificatori di guadagno e a basso rumore
• Testi di riferimento: 08_Amplifier_Design
• Parametri degli amplificatori di portenza
• Testi di riferimento: 09_Power_amplifier_Parameters
• progetto di amplificatori in classe A,B,C
• Testi di riferimento: 10_Class_A_B_C_Power_Amplifiers
• Reti di adattamento
• Testi di riferimento: 11_Matching_Networks
• Progetto di Mixer con diodi passivi
• Testi di riferimento: 12_Passive_Mixer_Diodes
• Mixer con transistors
• Testi di riferimento: 13_Mixer_With_transistors
• Il loop ad aggancio di fase
• Testi di riferimento: 14_The_Phase_Locked_Loop_PLL
• Modulatori e demodulatori di fase e frequenza
• Testi di riferimento: 15_Phase_and_Frequency_Modulator_Demodulator
• Progetto di filtri
• Testi di riferimento: 16_Filter_Design

prova orale sugli argomenti teorici del corso e valutazione del progetto sviluppato con il CAD Microwave Office

Appunti delle lezioni scaricabili dal sito dei docenti e dalla classroom

Franchina, Marietti, “Sistemi elettronici a banda frazionale stretta” Masson-Esa 1994

D’Agostino, Pisa, “Sistemi Elettronici per le Microonde”, Masson-Esa 1996

Pozar, “Microwave Engineering”, John Wiley & Son 1998.

Collin, “Foundations for Microwave Engineering”Mc Graw Hill 1992

Roddy, “Microwave Technology”, Prentice-Hall 1986

Bahl, Bhartia, “Microwave Solid State Circuit Design”, John Wiley & Son 2001

Vendelin, Pavio, Rohde, “Microwave Circuit Design”, John Wiley & Son 1990.

Sweet, “MIC & MMIC Amplifier and Oscillator Circuit Design”, Artech House 1990

Mass, “Microwave Mixers”, Artech House 1986

Gentili, “Microwave Amplifiers and Oscillators” North Oxford 1986

Rizzi, “Microwave Engineering-Passive Circuits”, Prentice-Hall 1988.

ITA

GENERALI

Il corso tratta le tecniche principali di progettazione sistematica dei circuiti elettronici. Il nucleo essenziale del corso è la teoria della sintesi di circuiti lineari attivi tempo-continui e tempo-discreti. Vengono studiate le diverse tecnologie per l’implementazione di funzioni di trasferimento (filtri) e per la sintesi e la trasformazione di impedenza mediante circuiti attivi.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere le diverse tecnologie per l’implementazione di funzioni di trasferimento (filtri) e per la sintesi e la trasformazione di impedenza mediante circuiti attivi. Partendo dalle tecnologie classiche basate su amplificatori operazionali si approfondiranno le metodologie più moderne di progetto di circuiti attivi orientate all’implementazione su circuiti integrati CMOS. Nella parte finale del corso si tratterà l’implementazione di filtri digitali IIR e FIR.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare metodologie di progettazione di filtri attivi, capacità di eseguire l’intero flusso di progettazione dal livello di sistema, all’implementazione circuitale CMOS.
• Autonomia di giudizio: capacità di effettuare opportune scelte progettuali in funzione delle specifiche richieste, considerando anche i requisiti di area di silicio richiesta e consumo di potenza.
• Abilità comunicative: saper descrivere il flusso di progetto seguito giustificando le scelte effettuate ai vari passi di progetto, mediante opportuni calcoli o risultati di simulazione.
• Capacità di apprendimento: capacità di eseguire autonomamente un progetto assegnato dal docente in cui vengono applicati i principali concetti studiati nelle lezioni di teoria. Capacità di utilizzare i software CAD utilizzati durante il corso.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di condurre tutte le fasi della progettazione di filtri attivi analogici. Partendo dalle specifiche del filtro saranno in grado di individuare la tecnologia implementativa più conveniente per l’applicazione, di partizionare il circuito in sotto-moduli e di procedere al dimensionamento dei diversi moduli fino all’implementazione del circuito completo a livello di transistori MOS. Gli studenti saranno anche in grado di avvalersi di strumenti quali MATLAB e SPICE per eseguire le diverse fasi della progettazione.

• Introduzione al corso (cenni storici e applicazioni).
• Realizzazione di funzione di trasferimento mediante circuiti RC attivi
• Implementazione di filtri con Amplificatori Operazionali

o Filtri del primo ordine e del secondo ordine

o Celle biquadratiche

 Single Amplifier Biquads (SAB): Sallen- Key (LP, HP), Deliyannis (BP,AP), Friend (Generalizzata).

 Biquad basate sull’anello con due integratori (KHN, Tow-Thomas, Tow-Thomas generalizzata)

 Sensibilità

 Effetto delle non idealità degli amplificatori operazionali

o Simulazione di immettenze

 Generalized impedante converters: NIC, PIC, Giratore, GIC di Anthoniou

• Implementazione di filtri di ordine elevato

o Criteri per la selezione del tipo di implementazione

o Cascata di biquadratiche: accoppiamento di poli e zeri, scelta della sequenza delle biquad nella cascata, distribuzione del guadagno del filtro nelle varie biquad.

o Simulazione di filtri LC bicaricati:

 Sostituzione delle induttanze con circuiti attivi

 Trasformazioni di impedenze basate su GIC

 Simulazione di tensioni e correnti nella maglia: Architettura “Leapfrog”

• Sintesi di Filtri in tecnologia Gm-C (Transconduttanza capacità).

o OTA e operazioni elementari (amplificazione e somma di tensioni, integrazione, simulazione di resistori, giratori).

o Funzioni del primo ordine in tecnologia Gm-C

o Celle biquadratiche in tecnologia Gm-C

 Biquad Gm-C basate sull’anello con due integratori: Biquad tunabili in wo a Q costante

 Biquad Gm-C basate su integratori con perdite: Biquad tunabili in wo e Q in maniera indipendente

 Non idealità degli integratori ed effetto sulle celle biquadratiche

o Strutture di integratori Gm-C completamente differenziali

 Integratori MOSFET-C

 Integratori Gm-OTA-C

o Filtri Gm-C basati sulla sostituzione dei componenti

o Architettura leapfrog in tecnologia Gm-C

o Topologie circuitali di transconduttori e tecniche di linearizzazione.

• Filtri basati sull'elaborazione in corrente

o Vantaggi dell’elaborazione in corrente

o Dualità tensione-corrente

o Biquad basate su amplificatori operazionali di corrente

o Blocchi funzionali realizzati con current conveyors

• Filtri a capacità commutate

o Principi fondamentali dell’approccio switched capacitor (SC)

o Integratori switched capacitor

o Filtri del primo e del secondo ordine.

• Filtri Digitali

o Filtri IIR basati sulla trasformazione bilineare;

o Filtri FIR basati sul troncamento della risposta impulsiva e sull’utilizzo di “finestre”;

• Esercitazioni applicative al calcolatore e in laboratorio

Valutazione Progetto + esame orale

• M. Balsi, "Teoria dei Circuiti Elettronici", Siderea, Roma, 2002
• T. Deliyannis et Al. “Continuous Time Active Filter Design,” CRC PRESS 1999.
• L. Thede “Practical Analog and Digital Filters Design,” Artech House 2004.
• Appunti e lucidi del corso disponibili presso il docente

Conoscenza dei fondamenti della teoria dell’informazione, della codificazione di sorgente e di canale, della crittografia e dei principali algoritmi impiegati nella pratica. Conoscenze di base sulla biometria.

Specifici

· Conoscenza e capacità di comprensione: metodi di codifica e decodifica di sorgente, canale e cripto, metodi della biometria.

· Capacità di applicare conoscenza e comprensione: saper applicare tecniche e procedure di codifica e decodifica, in modo competente e critico.

· Autonomia di giudizio: (assente)

· Abilità comunicative: saper descrivere le soluzioni adottate per risolvere problemi di codifica e di trasmissione dell’informazione

· Capacità di apprendimento: capacità di proseguire gli studi successivi riguardanti i sistemi digitali per la trasmissione dell’informazione.

GENERALI

L'insegnamento fornisce: richiami su teoremi elettromagnetici fondamentali e parametri delle antenne; elementi di teoria avanzata degli array di antenne, antenna diversity, sistemi MIMO, strutture periodiche; analisi e progetto di antenne risonanti e a onda viaggiante; introduzione ai metodi numerici in elettromagnetismo e al metodo dei momenti per l'analisi di antenne; panoramica di argomenti di ricerca avanzati.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere metodi analitici e numerici per l'analisi di array di antenne, di strutture periodiche mediante reti equivalenti, di antenne planari risonanti e a onda viaggiante.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: saper applicare le metodologie acquisite all'analisi e al progetto di diverse classi di sistemi radianti.
• Capacità critiche e di giudizio: saper individuare il tipo di sistema radiante adatto per l'applicazione considerata, individuare modelli approssimati per effettuarne un dimensionamento di massima e metodi numerici per il dimensionamento finale mediante simulazioni full wave.
• Abilità comunicative: saper descrivere le soluzioni progettuali adottate per la realizzazione di antenne risonanti e a onda viaggiante e per la loro risoluzione numerica. L’abilità comunicativa è verificata mediante esposizioni orali di singoli aspetti di modellazione, progetto e simulazione.
• Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita: capacità di approfondire le metodologie di analisi e progetto acquisite e di orientarsi nella letteratura scientifica del settore.

Conoscere e comprendere la teoria elementare degli array e i fondamenti della modellazione del mutual coupling, i sistemi MIMO, le antenne a onda leaky mono- e bi-dimensionali, le antenne a microstriscia, la teoria delle strutture periodiche e la loro modellazione mediante reti equivalenti, i fondamenti del metodo dei momenti in elettromagnetismo.

I. Introduzione al Corso e Richiami di Campi Elettromagnetici e Antenne (Slide delle lezz. 1-3) (Settimane I, II)

II. Principi e Metodi Elettromagnetici per le Antenne (Slide delle lezz. 4-6) (Settimana III)

III. Array, Antenne Smart e Sistemi MIMO (Slide delle lezz. 7-8) (Settimana IV)

IV. Strutture Periodiche Radianti (Slide delle lezz. 9-10) (Settimana V)

V. Antenne Stampate e Dielettriche (Slide delle lezz. 11-12) (Settimana VI, VII)

VI. Antenne a Onda Progressiva e a Onda Leaky (Slide delle lezz. 13-14) (Settimana VII, VIII)

VII. Antenne Planari e Metodi Numerici (Slide delle lezz. 15-17) (Settimana IX)

VIII. Metodo dei Momenti per le Antenne e CAD Elettromagnetici (Slide delle lezz. 18-20) (Settimana X)

IX. Miscellanea di Argomenti di Frontiera (Slide delle lezz. 21-24) (Settimane XI, XII)

Singola prova finale al termine dell'insegnamento, orientata ad accertare la conoscenza e comprensione critica dei contenuti del corso, di tipo orale con due domande a stimolo aperto e con risposta aperta. Ciascuna domanda determina la metà del voto complessivo.

Slide delle lezioni in pdf a cura del docente, disponibili via download dai siti dei docenti (http://paoloburghignoli.site.uniroma1.it/, http://alessandrogalli.site.uniroma1.it/), comprendenti anche una vasta bibliografia di riferimento.

Vedi slide delle lezioni.

ITA

GENERALI

Il corso intende presentare una panoramica di alcuni argomenti avanzati di elettromagnetismo, di considerevole importanza per le applicazioni, e un’introduzione allo scattering elettromagnetico. Strumenti chiave usati estensivamente per la loro intuitività fisica e potenza rappresentativa sono gli sviluppi modali con i relativi circuiti equivalenti a costanti distribuite e gli spettri di onde piane. Sono inoltre approfonditi i concetti di funzione di Green e di rappresentazione integrale.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Il corso intende presentare una panoramica di alcuni argomenti avanzati di elettromagnetismo, di considerevole importanza per le applicazioni, e un’introduzione allo scattering elettromagnetico.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti potranno acquisire una visione d’insieme dell’elettromagnetismo moderno, con particolare riferimento agli aspetti metodologici unificanti e alle tecniche matematiche impiegate, che consentirà loro di orientarsi facilmente nello studio successivo o nelle posizioni lavorative, in virtù della grande generalità dei temi affrontati. In particolare gli studenti avranno appreso in profondità i concetti principali della propagazione guidata e libera, come pure l’approccio ai problemi di scattering, risolti sia in forma chiusa (problemi canonici) che numericamente.
• Autonomia di giudizio: Essere in grado di formulare una propria valutazione relativa agli argomenti del corso e alla loro rilevanza applicativa. Essere in grado di raccogliere e valutare criticamente informazioni aggiuntive per conseguire una maggiore consapevolezza relativa agli argomenti del corso.
• Abilità comunicative: Saper descrivere gli argomenti del corso. Saper comunicare le conoscenze acquisite sugli argomenti del corso.
• Capacità di apprendimento: Strumenti chiave usati estensivamente per la loro intuitività fisica e potenza rappresentativa sono gli sviluppi modali con i relativi circuiti equivalenti a costanti distribuite e gli spettri di onde piane. Sono inoltre approfonditi i concetti di funzione di Green e di rappresentazione integrale.

Gli studenti che abbiano superato l’esame avranno una conoscenza approfondita di metodologie matematiche assai potenti e generali. In particolare, essi avranno considerato in dettaglio il metodo dello “spectral domain”, che consente, utilizzando il concetto di rappresentazione spettrale e un formalismo di tipo tensoriale, di caratterizzare accuratamente le strutture di tipo stampato correntemente impiegate nella tecnica delle microonde; gli studenti avranno appreso procedure asintotiche per valutare delle sovrapposizioni integrali di onde piane. Inoltre gli studenti avranno studiato modi complessi in strutture guidanti, che danno luogo a interessanti fenomeni di propagazione e radiazione, fondamentali nella teoria delle antenne ad onda viaggiante e nei problemi di interferenza nei circuiti a microonde. Infine sarà trattato l’approccio al problema di scattering, risolto sia in forma chiusa (problemi canonici) che numericamente.

Strutture guidanti planari, linee di trasmissione equivalenti per guide bidimensionali. Relazione di dispersione, spettro discreto dei modi guidati, risoluzione grafica. Modi di radiazione, spettro continuo. Fasci a sezione limitata: uso dello spettro angolare, lo “shift” di Goos‐Hänchen. Il metodo della risonanza trasversa, applicazioni elementari. Guide d’onda a “slab” dielettrico, approccio di ottica geometrica. La guida a piatti paralleli parzialmente riempita di dielettrico. La guida d’onda dielettrica non radiativa (NRD). Il metodo della costante dielettrica efficace per guide tridimensionali. La “slot line”. Il metodo dello “spectral domain” per lo studio di strutture planari stratificate. Applicazione elementare del metodo alla slot line. Richiami di algebra e analisi diadica in problemi elettromagnetici. Funzioni di Green diadiche spettrali. Equazioni integrali: soluzione numerica con il metodo dei momenti. Applicazione del metodo alla microstriscia. Decomposizione spettrale dei campi irradiati da un’apertura. Valutazione asintotica di integrali: integrazione per parti, il metodo della fase stazionaria. Calcolo del campo lontano. Introduzione generale allo scattering elettromagnetico e rassegna delle principali applicazioni. Problemi canonici: scattering da strutture cilindriche e sferiche. Richiami sulle funzioni di Bessel e di Hankel. Simulazione di elementi scatteranti generici attraverso “arrays” di cilindri o sfere. Modello a griglia di fili, metodo di Richmond, “point matching”. Filo di lunghezza finita: equazioni integrali di Pocklington e di Hallen, cilindro di lunghezza finita. Scattering in guida d’onda: metodo del “mode‐matching”, iride induttiva in guida d’onda rettangolare. Scattering da strutture periodiche: il teorema di Floquet, espansioni in termini di armoniche spaziali, reticoli di diffrazione. Rappresentazioni integrali per il campo elettromagnetico, equazioni integrali per lo scattering da oggetti bi‐ e tri‐dimensionali di forma arbitraria: formulazioni EFIE e MFIE, soluzioni spurie, equazioni combinate.

• materiale introduttivo
• Testi di riferimento: testo del Docente
• strutture planari e integrate
• Testi di riferimento: testo del Docente
• scattering elettromagnetico
• Testi di riferimento: testo del Docente

L'esame si svolge mediante una prova orale, collocata dopo il termine dell’insegnamento e della durata massima di un’ora, le cui domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione dei concetti e delle metodologie discussi nel corso, con riferimento agli obiettivi formativi, e in particolare: alla comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni riguardo gli argomenti avanzati di elettromagnetismo applicato di maggiore rilevanza; alla capacità di apprendere in autonomia esprimendo proprie valutazioni sull’importanza degli argomenti trattati nelle applicazioni elettromagnetiche; all’abilità comunicativa dimostrata. L'esame include la presentazione orale dei contenuti di un articolo scientifico scelto insieme al docente, su argomenti connessi con il programma del Corso.

F. Frezza, Advanced Electromagnetics and Electromagnetic Scattering, disponibile gratuitamente in pdf sul sito web del Corso, 2020.

Materiale integrativo (diapositive, articoli tutoriali, note) disponibile sul sito web di riferimento.

Materiale propedeutico: F. Frezza, A Primer on Electromagnetic Fields, Springer, 2015.

C.A. Balanis, Balanis’ Advanced Engineering Electromagnetics, 3rd Ed., Wiley, 2024.

K. Barkeshli, Advanced Electromagnetics and Scattering Theory, Springer, 2015.

C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, quarta edizione, Wiley, 2016.

R.C. Booton, Computational methods for electromagnetics and microwaves, Wiley, New York, 1992.

Obiettivo generale del corso è quello di fornire le metodologie per la comprensione e

l’analisi di strutture circuitali a tempo discreto, mediante l’acquisizione degli strumenti

matematici fondamentali e il confronto con le principali nozioni acquisite nel corso di Teoria

dei Circuiti.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: al termine del corso lo studente sarà in

grado di analizzare architetture generali di circuiti a tempo discreto e di affrontare

semplici problemi di sintesi.

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine del corso lo

studente potrà applicare le metodologie apprese a tematiche più generali, proprie

dell’Ingegneria Elettronica.

• Autonomia di giudizio: lo studente sarà in grado di integrare le conoscenze

acquisite nel corso con quelle proprie dell’informazione in generale trasmessa

all’interno del Corso di Laurea.

• Abilità comunicative: lo studente sarà in grado di trasmettere le conoscenze

acquisite e di illustrare i processi che ad esse hanno condotto.

• Capacità di apprendimento: lo studente sarà in grado di gestire in modo

autonomo il proprio studio.ttori, classificatori).

Capacità di analizzare e sintetizzare semplici circuiti a tempo discreto.

1. CIRCUITI E SEGNALI TD

Definizione di grandezze a tempo continuo (TC) e a tempo discreto (TD). Segnali digitali. Definizione di sequenza. Introduzione ai circuiti ed algoritmi per il trattamento dei segnali analogici e digitali. Cenni storici. Sequenze TD tipiche: sequenze impulso e gradino unitario, sequenze esponenziali reali e complesse, sequenze periodiche e loro proprietà. Primi esempi di circuiti TD: filtro in media mobile (versione non causale e causale), filtro in media mobile pesata. Cenni alle tecniche di simulazione di circuiti analogici.

2. CIRCUITI TD NEL DOMINIO DEL TEMPO

Circuiti ad un ingresso ed una uscita. Proprietà generali: linearità, stazionarietà, causalità e stabilità. Circuiti lineari e tempo-invarianti (LTI). Risposta impulsiva e proprietà. Somma di convoluzione. Definizione di circuiti FIR e IIR. Circuiti LTI tipici: ritardatori, accumulatori, differenziatori. Connessione di circuiti in cascata ed in parallelo. Circuiti LTI descritti da equazioni alle differenze, lineari e a coefficienti costanti. Componenti dei circuiti descritti da equazioni alle differenze: moltiplicatori, sommatori, ritardatori. Analisi di circuiti TD: tecniche di risoluzione di equazioni alle differenze. Risposta libera e risposta forzata. Corrispondenza con le tecniche di analisi di circuiti TC nel dominio del tempo.

3. CIRCUITI TD NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA

Trasformata di Fourier a tempo discreto (DTFT): spettri di ampiezza e fase di una sequenza. Condizioni di esistenza della DTFT. Proprietà della DTFT: linearità, traslazione, convoluzione, modulazione. Teorema di Parseval. Proprietà di simmetria per sequenze reali e complesse. Trasformate di sequenze tipiche. Risposta in frequenza di un circuito LTI e relazione con la DTFT della risposta impulsiva. Risposta in ampiezza e risposta in fase. Filtri ideali tipici: passa basso, passa alto, passa banda, elimina banda. Risposta impulsiva dei filtri ideali, problemi di troncamento della risposta, fenomeno di Gibbs. Esempi di filtri.

4. CAMPIONAMENTO E RICOSTRUZIONE

Campionamento: conversione C/D, spettro del segnale campionato, filtro di ricostruzione, aliasing. Teorema del campionamento, conversione D/C. Elaborazione numerica di un segnale analogico. Cenni sui circuiti decimatori e interpolatori.

5. RAPPRESENTAZIONE NEL DOMINIO DELLA TRASFORMATA Z

Definizione di trasformata Z bilatera e monolatera. Regione di convergenza (ROC) e sue proprietà. Esempi di trasformate di sequenze. Proprietà principali della trasformata Z e relazione con la DTFT. Funzioni razionali in Z: poli e zeri, ROC. Antitrasformata di funzioni razionali. Risoluzione di equazioni alle differenze finite lineari tramite la trasformata Z. Risposta transitoria e risposta permanente. Corrispondenza con il metodo della trasformata di Laplace per i circuiti TC. Funzione di trasferimento di un circuito LTI e relazione con la sua risposta in frequenza. Circuiti LTI causali con funzione di trasferimento razionale in Z: proprietà della risposta impulsiva, condizioni di stabilità. Filtri inversi. Filtri FIR e IIR. Circuiti a fase minima e “passa tutto”. Circuiti FIR a fase lineare generalizzata.

6. ARCHITETTURE DI CIRCUITI TD

Definizione di “signal flow graph” (SFG). Teorema di Tellegen. Architetture di filtri IIR: forma diretta I normale e trasposta, forma diretta II normale e trasposta, forma in cascata, forma parallela. Architetture di circuiti FIR: forma diretta normale e trasposta, forma in cascata. Architetture di circuiti a fase lineare. Architetture a traliccio. Effetti della precisione numerica finita.

7. SINTESI DI CIRCUITI TD

Tecniche di sintesi di circuiti TD a partire da filtri analogici. Tecnica di invarianza della risposta impulsiva: distribuzione di poli e zeri, aliasing. Tecniche basate sulla soluzione numerica dell’equazione differenziale. Trasformazione bilineare (o metodo trapezoidale), distribuzione di poli e zeri, predistorsione della risposta in frequenza.

8. LA TRASFORMATA DI FOURIER DISCRETA (DFT)

La serie di Fourier discreta, rappresentazione di sequenze periodiche, la DFT e IDFT, proprietà della DFT, zero padding, l’algoritmo FFT, la convoluzione circolare, approssimazione di una convoluzione lineare attraverso una convoluzione circolare, la convoluzione tra sequenza lunghe, overlap and add, overlap and save.

L'esame è organizzato in una prova scritta ed una orale.

[1] Dispense a cura del docente.

[2] A.V. Oppenheim, R.W. Schafer, J.R. Buck, “Discrete-Time Signal Processing” (2a ed.),

Prentice Hall.

[3] A. Papoulis, “Circuits and Systems: a modern approach”, Oxford University Press, 1995.

ITA

GENERALI

Gli studenti che abbiano superato l’esame di compatibilità elettromagnetica (CEM) saranno in grado di determinare le prestazioni elettromagnetiche, il livello di crosstalk e la suscettibilità di linee di interconnessione multiconduttrici e a microstriscia. Saranno in grado di caratterizzare e modellizzare i processi di accoppiamento parassita causato dalla presenza di angoli, giunzioni e discontinuità presenti nei circuiti di interconnessione e di prevedere i fenomeni che governano l’emissione elettromagnetica parassita e l’integrità del segnale (signal integrity), valutando le strategie progettuali in grado di assicurare una riduzione dei fenomeni di accoppiamento ed emissione parassita

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere e comprendere gli aspetti metodologici legati alle problematiche di compatibilità elettromagnetica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper applicare le proprie competenze con la finalità di risolvere problematiche di compatibilità elettromagnetica in dispositivi, circuiti e sistemi elettronici sensibili.
• Autonomia di giudizio: Essere in grado di sviluppare modelli analitici e numerici atti a predire processi di accoppiamento parassita, distorsione del segnale ed emissione radiata.
• Abilità comunicative: Saper comunicare in maniera efficace con specialisti e non specialisti di problematiche tecniche legate alla limitazione delle problematiche EMC in dispositivi, circuiti e sistemi elettronici sensibili.
• Capacità di apprendimento: Saper attingere a fonti bibliografiche e testi specialistici in lingua italiana e inglese al fine di approfondire ed incrementare la conoscenza nel settore.

Gli studenti che abbiano superato l’esame di compatibilità elettromagnetica (CEM) saranno in grado di determinare le prestazioni elettromagnetiche, il livello di crosstalk e la suscettibilità di linee di interconnessione multiconduttrici e a microstriscia. Saranno in grado di caratterizzare e modellizzare i processi di accoppiamento parassita causato dalla presenza di angoli, giunzioni e discontinuità presenti nei circuiti di interconnessione e di prevedere i fenomeni che governano l’emissione elettromagnetica parassita e l’integrità del segnale (signal integrity), valutando le strategie progettuali in grado di assicurare una riduzione dei fenomeni di accoppiamento ed emissione parassita.

Classificazione delle Sorgenti EM

• Sorgenti Naturali
• Scariche Elettrostatiche
• Rumore Termico
• Sorgenti Artificiali
• Sorgenti Radio
• Sorgenti di Tipo Impulsivo
• Impulso Elettromagnetico Nucleare

Tecniche di Determinazione del Campo E. M. Eccitato da Sorgenti Operanti in Regime Armonico

• Potenziali Elettrodinamici
• Funzioni Diadiche di Green

Caratterizzazione EMC/EMI di Dispositivi, Circuiti e Sistemi Elettronici ad Alta Frequenza

• Funzioni di Green per Strutture Planari di Tipo Stratificato
• Tecniche di valutazione del campo mediante soluzioni MoM (Method of Moments)
• Crosstalk, Signal Integrity
• Aspetti EMC/EMI nel Progetto di Componenti Planari di Tipo Passivo

Tecniche di Predizione della Suscettibilità Elettromagnetica di Circuiti e Sistemi di Interconnessione

• Tecniche di Analisi Basate sulle Equazioni delle Linee di Trasmissione
• Analisi dell’Interazione di Sorgenti Lontane con Circuiti Elettronici e/o a Microonde: Piastre di Sistemi di Elaborazione e Controllo, Amplificatori a Microonde, Linee di Trasmissione e di Interconnessione a Microstriscia ed in Coassiale

Tecniche di Predizione dell’Emissione Elettromagnetica in Sistemi di Interconnessione

• Tecniche di Analisi Basate sulle Equazioni delle Linee di Trasmissione

Sistemi di Schermaggio per Apparecchiature elettroniche

• Efficienza di Schermaggio
• Misure di Emissione e Suscettibilità (Cenni)
• Classificazione di Sensori di Campo EM nelle Differenti Condizioni Operative di Misura (Far-Field, Near-Field)

Cenni di Normative Civili

• Introduzione

ed Organizzazione del Corso di Compatibilità EM. L’importanza della

Compatibilità EM nelle applicazioni industriali.

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Allocazione spettrale

di sorgenti naturali (ESD, Rumore atmosferico) ed artificiali (sistemi di radiocomunicazione,

Radar, sistemi digitali, ecc.)

I concetti di

Suscettibilità, Emissione e Signal Integrity

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Il NEMP ed e le

problematiche ad esso relate.

Esempi di problematiche

di Suscettibilità, Emissione e Signal Integrity in componenti, dispositivi e in

sistemi complessi

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Tecniche analitiche e

numeriche utilizzate per la soluzione di problematiche CEM

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• L’equazione diadica

delle onde (soluzione analitica mediante funzione di Green). Il tensore

elettrico e magnetico di Green in forma implicita

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Derivazione delle

componenti radiativa, induttiva ed elettrostatica del tensore elettrico e

magnetico di Green (soluzione nei domini della frequenza e del tempo)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Proprietà generali dei

tensori nelle regioni di sorgente

Valutazione del campo

nella regione lontana e di sorgente (Il momento di dipolo di una distribuzione

di correnti)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Equazioni integrali di

tipo elettrico (EFIEs)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Campi

radiati da dispositivi elettronici eccitati con segnali temporali

Impulsivi,

effetti dei tempi di salita/discesa di segnali impulsivi sui livelli di campo radiato

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Linee di trasmissione

in microstriscia, caratteristiche dispersive, modo fondamentale e modi di

ordine superiore

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Linee di

trasmissione Multiconduttrici (MTL) ed equazioni di governo. Matrici delle

Resistenze, Induttanze, Conduttanze e Capacità per unità di lunghezza

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Soluzione

matriciale delle Equazioni delle Linee Accoppiate. Le matrici di

interconnessione P, Q, ed E ed il loro uso nell’imposizione delle condizioni di

eccitazione e caricamento di linee MTL (esempi applicativi)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Valutazione del near- e

far-crosstalk in linee accoppiate, forme d'onda (analogiche e digitali) e

signal integrity

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Discontinuità

di tipo Open-End e Gap, circuiti equivalenti e problematiche EMC

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Il metodo dei Momenti

(versione point-matching e Galerkin)

Funzioni di espansione

per domini mono e bidimensionali

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Valutazione della

carica e della capacità per unità di lunghezza di fili sottili (soluzione MoM)

Valutazione della

corrente di scattering di strutture schermanti (semplici e complesse) eccitate da

sorgenti filamentari (soluzione MoM)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Valutazione

della carica e della capacità per unità di lunghezza di linee a Microstriscia

(soluzione MoM semplice e di tipo Galerkin)

Proprietà

radiative di correnti "viaggianti" (cono di Keller)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Ottica

Fisica (PO) ed applicazioni della PO al calcolo del campo scatterato da

strutture metalliche

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati
• Capacità parassite di

strutture stampate bidimensionali (soluzione MoM semplice e di tipo Galerkin)

• Testi di riferimento: vedi testi consigliati

Soluzione di problemi di CEM analizzati nel corso. Conoscenza delle Basi teoriche del corso di Compatibilità Elettromagnetica

• 1. Clayton R. Paul, -Introduction to Electromagnetic Compatibility-, John Wiley & Sons, 1992.
• 2. Clayton R. Paul, -Analysis of Multiconductor Transmission Lines-, John Wiley & Sons, 1994.
• 3. Audone Bruno, -Compatibilità Elettromagnetica-, McGraw-Hill, 1993.
• 4. T.C. Edwards, -Foundations for Microstrip Circuit Design-, Second Edition, John Wiley & Sons, 1992.

Obiettivi formativi generali:

Il corso si propone di fornire allo studente capacità progettuali nell'ambito dell'Elettronica di Potenza

Obiettivi formativi specifici:

• Conoscenza e capacità di comprensione:

Conoscenza delle possibili configurazioni di convertitori e delle relative tecniche di analisi, anche con

simulatori circuitali generici (PSPICE) o dedicati (PSIM). Conoscenza delle principali problematiche

elettriche, termiche e di compatibilità elettromagnetica

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

Capacità di applicare metodologie di progettazione per convertitori di energia elettrica a commutazione,

selezionandone la configurazione, dimensionando i componenti a semiconduttore, capacitivi e induttivi ed

infine progettandone la rete di controllo.

• Abilità comunicative:

capacità di produrre relazioni di progetto, e presentarle analizzando in dettaglio e giustificando le

scelte fatte

• Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita:

Sviluppare la capacità di aggiornare il proprio bagaglio culturale selezionando le fonti più attendibili

e vagliando accuratamente il contenuto informativo di dati pubblicati con finalità diverse.

Il corso si propone di fornire allo studente capacità progettuali nell'ambito dell'Elettronica di Potenza.

Competenze acquisite:

• capacità di progettare convertitori di energia elettrica a commutazione
• capacità di progettare controllori per convertitori a commutazione
• capacità di prevedere le prestazioni di un convertitore a commutazione

1. Generalità sulla conversione statica di energia elettrica

2. Rassegna delle principali topologie di convertitori a commutazione

3. Tecniche di analisi

• Modelli dinamici: State space averaging
• Rappresentazione nello spazio di stato
• Funzioni di trasferimento di un convertitore

4. Progettazione di convertitori

• Controllo analogico di convertitori:

voltage mode

average current mode

programmed current mode

• Interruttori:

tipologie di switch

tecnologie per switch

(pilotaggio di MOSFET per commutazioni veloci)

perdite di commutazione

• Componenti reattivi

Correnti a frequenze di centinaia di kHz

Condensatori reali

Progettazione di induttori

Progettazione trasformatori

5. Filtri di ingresso e uscita

6. Tecniche di soft switching

7. Raddrizzatori a commutazione e PFC

-

• Testi di riferimento:

Esame orale

Erickson, Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, 2nd or 3rd edition

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. progettazione RTL, linguaggio VHDL/SystemVerilog,

progettazione hardware/software di microprocessori e di acceleratori hardware

CAPACITÀ APPLICATIVE. Progetto di circuiti digitali e microprocessori, sintesi su FPGA ed

ASIC, programmazione di microprocessori

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Valutazione delle scelte progettuali e delle tecnologie da utilizzare.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Stesura di specifiche e modelli simulabili, lavoro in team

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Qualsiasi successivo approfondimento su circuiti digitali,

architetture e programmazione.

conoscenza e pratica del progetto di microprocessori e acceleratori di calcolo

RICHIAMI SUL FLUSSO DI PROGETTO

Livelli di astrazione, Strumenti di analisi e verifica del progetto

PROGETTO REGISTER TRANSFER LEVEL DI ACCELERATORI HARDWARE

Il progetto (sintesi) Register Transfer Level (RTL), Esempio di progetto: un filtro di estrazione contorni per elaborazione di immagini, Approfondimenti sulla temporizzazione (timing)

PROGETTO REGISTER TRANSFER LEVEL DI PROCESSORI

Specifica di un microprocessore molto elementare, Progetto RTL del microprocessore, Approfondimenti sulla implementazione del control path, Le leggi quantitative delle prestazioni di un sistema digitale

MECCANISIMI FONDAMENTALI SULLE MICROARCHITETTURE DEI PROCESSORI

Richiami e concetti generali, Regole dell’approccio RISC, Concetti generali sulle architetture post-RISC, architetture superscalari, Architetture VLIW , schedulazione delle istruzioni

PROGETTO DI CO-PROCESSORI SPECIAL PURPOSE

caso di studio: processori vettoriali

esame scritto e orale + lavoro di tesina obbligatorio

Waine Wolf, Modern VLSI Design, Prentice Hall.

Hennessy, J., Patterson, D., Computer Architecture: a quantitative approach, Elsevier.

Hennessy, J., Patterson, D., Computer Organization and Design - RISC-V Edition, Elsevier

Slides and articles available at: http://vlsi.diet.uniroma1.it and on the course Google Classroom

comunicata in aula

L'obiettivo del corso di "Digital System Programming" è quello di fornire le basi della programmazione c/c++ e shell programming in linux.

Nome del corso

ITA

GENERALI

Lo scopo del corso è fornire agli studenti competenze teoriche e pratiche sull'osservazione della terra mediante telerilevamento. Il corso fornirà una panoramica dei sensori e delle tecniche utilizzate per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate da satellite. Le lezioni teoriche, comprendenti nozioni relative alla modellistica elettromagnetica ed ai sensori utilizzati, sono affiancate da sessioni pratiche volte alla elaborazione delle misure telerilevate per la generazione di prodotti a valore aggiunto.

SPECIFICI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente dovrà:

• conoscere i principali presupposti teorici legati all'osservazione della terra;
• conoscere i principali sensori per l'osservazione della terra;
• conoscere le principali applicazioni per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà:

• descrivere e interpretare correttamente dati telerilevati;
• conoscere i principi alla base delle misure telerilevate;
• raccogliere ed elaborare autonomamente dati telerilevati;
• utilizzare gli strumenti e le adeguate competenze per l'interpretazione dei dati e l'estrazione di informazione da dati telerilevati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà formulare un giudizio:

• sulla qualità dei dati telerilevati;
• sulle potenzialità di ciascun sensore rispetto ai parametri geofisici da osservare;.

ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento lo/la studente dovrà sapere:

• usare un linguaggio corretto e adeguato per la comunicazione di informazioni estratte da dati telerilevati.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà:

• indagare in modo autonomo i principali aspetti relativi a dati telerilevati;
• elaborare autonomamente misure telerilevate al fine di generare prodotti a valore aggiunto relativi all'osservazione della terra

GENERALI

Lo scopo del corso è fornire agli studenti competenze teoriche e pratiche sull'osservazione della terra mediante telerilevamento. Il corso fornirà una panoramica dei sensori e delle tecniche utilizzate per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate da satellite. Le lezioni teoriche, comprendenti nozioni relative alla modellistica elettromagnetica ed ai sensori utilizzati, sono affiancate da sessioni protiche volte alla elaborazione delle misure telerilevate per la generazione di prodotti a valore aggiunto.

SPECIFICI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente dovrà:

• conoscere i principali presupposti teorici legati all'osservazione della terra;
• conoscere i principali sensori per l'osservazione della terra;
• conoscere le principali applicazioni per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà:

• descrivere e interpretare correttamente dati telerilevati;
• conoscere i principi alla base delle misure telerilevate;
• raccogliere ed elaborare autonomamente dati telerilevati;
• utilizzare gli strumenti e le adeguate competenze per l'interpretazione dei dati e l'estrazione di informazione da dati telerilevati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà formulare un giudizio:

• sulla qualità dei dati telerilevati;
• sulle potenzialità di ciascun sensore rispetto ai parametri geofisici da osservare;.

ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento lo/la studente dovrà sapere:

• usare un linguaggio corretto e adeguato per la comunicazione di informazioni estratte da dati telerilevati.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà:

• indagare in modo autonomo i principali aspetti relativi a dati telerilevati;
• elaborare autonomamente misure telerilevate al fine di generare prodotti a valore aggiunto relativi all'osservazione della terra

Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni.

Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali.

Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione.

Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione.

Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra.

Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione.

I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi.

Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra.

Sensori ottici

Sensori alle microonde

Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico.

I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …).

Applicazioni

• - Testi di riferimento: F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing

The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

L'esame consiste di una prova orale e di un elaborato scritto.

L'esame sarà composto di due parti: una orale e una scritta nella forma di un elaborato che le studentesse e gli studenti dovranno preparare e presentare individualmente o in piccoli gruppi (massimo tre persone). La relazione, che va consegnata 1 settimana prima della data di esame, sotto forma di file ppt, deve essere utilizzata per dimostrare l'applicazione dei concetti, dei metodi e delle analisi presentate durante l'insegnamento. Il documento scritto deve essere un testo descrittivo e autoesplicativo, progettato per fornire un quadro completo degli obiettivi, dei metodi e dei risultati.

Tutti gli argomenti trattati durante il corso, e la loro applicazione utilizzando il software adottato, sono parte integrante dell'esame orale.

I criteri di valutazione utilizzati per comporre il voto finale includono la valutazione della:

capacità di produrre una presentazione concisa, coerente ed efficace (50%)

capacità di esporre chiaramente i contenuti della relazione e conoscenza teorica relativa agli argomenti trattati durante le lezioni (50%)

F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

W. Emery and A. Camps Introduction to Satellite Remote Sensing Elsevier, 2017, Netherlands.

GENERALI

Il Corso é finalizzato a fornire allo studente una visione di insieme delle problematiche

dell’elaborazione delle immagini, quali la rappresentazione in domini trasformati, il filtraggio, la

codifica, e delle relative principali applicazioni (Restauro, Denoising, Enhancement, Segmentazione,

etc). Al termine del corso lo studente conosce le principali forme di rappresentazione per

l’elaborazione dei segnali e delle immagini tanto in un dominio analogico che in un dominio digitale,

ed è in grado di applicare strumenti software per il raggiungimento di prefissati obiettivi di

elaborazione. Tramite lo sviluppo di approfonditi elaborati teorico-pratici lo studente acquisisce

capacità di i)comprensione autonoma di articoli scientifici avanzati nel campo dell’elaborazione delle

immagini, ii) esposizione di contenuti correlati, iii) realizzazione e valutazione critica di esperimenti

di elaborazione. Gli obiettivi sovraesposti sono di seguito espressi in dettaglio.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione:

Conoscenza e comprensione dei prncipali domini originali e trasformati di rappresentazione delle

immagini, del filtraggio e del Sistema visivo umano, conoscenza e comprensione delle principali

applicazioni (Restauro, Denoising, Enhancement, Filtraggio Morfologico, Segmentazione, etc).

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

A partire dalla maturazione di una visione a tutto campo del background teorico dell’elaborazione,

capacità di analizzare e progettare soluzioni per diversi problemi di elaborazione.

Autonomia di giudizio:

saper valutare principali criticità e specificità dei diversi algoritmi di elaborazione

Abilità comunicative:

saper inquadrare e presentare soluzioni tecniche innovative

Capacità di apprendimento:

capacità di leggere documenti scintifici avanzati nel campo della elaborazione di immagini.

Obiettivi generali

Il Corso é finalizzato a fornire allo studente una visione di insieme delle problematiche dell’elaborazione delle immagini, quali la rappresentazione in domini trasformati, il filtraggio, la codifica, e delle relative principali applicazioni (Restauro, Denoising, Enhancement, Tomografia, etc).

Al termine del corso lo studente conosce le principali forme di rappresentazione per l’elaborazione dei segnali e delle immagini tanto in un dominio analogico che in un dominio digitale, ed è in grado di applicare strumenti software per il raggiungimento di prefissati obiettivi di elaborazione.

Obiettivi specifici

Conoscenza e comprensione

Lo studente acquisisce

attitudine e abilità per la sperimentazione e l'innovazione scientifica,

capacità di modellazione e controllo di sistemi complessi per l'analisi dei dati e dell'informazione nel settore biomedico

capacità di usare autonomamente le conoscenze per trovare soluzioni a problemi complessi, poco noti e interdisciplinari e di

saper comunicare verbalmente le scelte progettuali e gli orientamenti scientifici ad esse sottesi.

Applicare conoscenza e comprensione

Tramite lo sviluppo di approfonditi elaborati teorico-pratici lo studente acquisisce capacità di realizzazione di esperimenti di elaborazione.

Capacità critiche e di giudizio

Tramite lo sviluppo di approfonditi elaborati teorico-pratici lo studente acquisisce capacità di valutazione critica di esperimenti di elaborazione.

Capacità comunicative

Tramite lo sviluppo di approfonditi elaborati teorico-pratici lo studente acquisisce capacità di esposizione di contenuti correlati

Capacità di apprendimento

Tramite lo sviluppo di approfonditi elaborati teorico-pratici lo studente acquisisce capacità di comprensione autonoma di articoli scientifici avanzati nel campo dell’elaborazione delle immagini,

A valle di una presentazione dei principali strumenti di rappresentazione dei segnali bidimensionali discreti e continui nel dominio spaziale e nel dominio di Fourier (20 ore), il corso si articola nello svolgimento in parallelo di lezioni teoriche dedicate alla descrizione delle principali applicazioni dell’elaborazione di immagini (20 ore) e di lezioni teorico-pratiche (20 ore) dedicate all’approfondimento di singoli argomenti di natura avanzata relativi alle più recenti novità scientifiche ed applicative nel campo dell’elaborazione di immagini.

La valutazione finale si basa sulla produzione di materiale scritto, sulla presentazione orale e sulla realizzazione pratica di algoritmi di elaborazione delle immagini, realizzazione da svolgersi prevalentemente durante l’erogazione del corso.

Dispense a cura del docente e articoli di natura avanzata, disponibili mediante il sistema bibliotecario sapienza.

Digital Image Processing / Gonzalez, Woods, Pearson International, isbn: 9781292223049

Digital Image Processing Using MATLAB, 2e, isbn: 978007070262-2

J. Guerrero, "Tutorial III: Image Processing and Analysis with Matlab," 2009 International Conference on Electrical, Communications, and Computers, 2009, pp. xvi-xvi, doi: 10.1109/CONIELECOMP.2009.63.

ANALISI

DI

CIRCUITI

INTEGRATI

ANALOGICI

COMPLESSI

.

STUDIO

DELLE

TECNICHE

DI

STABILIZZAZIONE

DELLE

PRESTAZIONI

TRAMITE

CONTROREAZIONE

,

ANALISI

DELLA

STABILITÀ

DINAMICA

IN

CIRCUITI

IN

CONTROREAZIONE

.

T

ECNICHE

DI

ELABORAZIONE

IN

CORRENTE

E

CONFIGURAZIONI

FONDAMENTALI

PER

L

’

ELABORAZIONE

IN

CORRENTE

.

A

LTERNATIVE

PER

L

’

IMPLEMENTAZIONE

DI

COA.

P

ROBLEMATICHE

DELL

’

ELABORAZIONE

A

BASSA

TENSIONE

DI

ALIMENTAZIONE

.

ESEMPI

DI

SISTEMI

COMPLESSI

DI

ELABORAZIONE

ANALOGICA

:

FILTRI

ATTIVI

,

SCHEMI

A

TEMPO

DISCRETO

.

ADC

PIPELINE

COME

ESEMPIO

DI

SISTEMA

ELETTRONICO

TEMPO

DISCRETO

Comprensione delle problematiche di progetto di circuiti integrati.

Analisi e progetto di circuiti analogici e mixed-signal per la realizzazione di sistemi elettronici complessi.

Comprensione delle problematiche di progetto di circuiti integrati

Simulazioni di circuiti e cenni ai CAD

Topologie di amplificatori operazionali, di transconduttanza, e in corrente

Specifiche e architetture di comparatori

Switch e circuiti a tempo discreto

Circuiti a capacità commutate

Integratori analogici e a tempo discreto

Architetture di filtri analogici e a tempo discreto

Architetture di convertitori AD e DA

• Microelettronica analogica
• Microettronica mixed-signal
• Fondamenti di filtri e convertitori

Due domande orali, oppure una domanda orale e una tesina.

Materiale fornito dal docente.

Il corso usa materiale da diversi libri, ma a parte Gray Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" (4a o 5a edizione) che copre gli argomenti di base, molti argomenti sono coperti solo da libri molto specialistici. Si usano anche diverse pubblicazioni a rivista.

GENERALI Il corso ha l’obiettivo di inquadrare l’architettura, le discipline di base e le tecnologie che consentono la trattazione ingegneristica delle conoscenze necessarie per la progettazione, la gestione e l’esercizio di sistemi dedicati a operazioni che si svolgono su un territorio reale in genere di grande dimensione. Inoltre ha l’obiettivo di esaminare sistemi di rilevamento distribuiti sul territorio, formanti reti WSN (Wireless Sensor Networks), con particolare attenzione ai sistemi a basso consumo e recupero energetico (tecniche harvesting).
SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere le tecniche e le tecnologie utilizzate in scenari territoriali complessi per i loro: monitoraggio, esercizio e gestione. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare metodologie di progetto con e per sistemi di rilevamento. Applicare tecniche di monitoraggio con sensori distribuiti formanti WSN, utilizzando sistemi prototipali (per es. Arduino) e tecniche di energy harvesting. • Capacità critiche e di giudizio: Elementi base dell’architettura di sistema di sistemi. Capacità critiche di progettazione elettronica di sistemi WSN energeticamente autosufficienti. Prove di laboratorio con schede prototipali (Arduino/Genuino,…), transceivers, sensori (ricevitori GPS, IMU, …), DC-DC converter, componenti energy Harvesting, abbinate a programmazione del firmware e l’elaborazione dei dati (MathWorks, Python, Sketch Arduino,…). • Abilità comunicative: saper descrivere le soluzioni architetturali e circuitali adottate per risolvere il monitoraggio mediante WSN e IoT. • Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita: capacità atte all’inserimento in contesti lavorativi di progettazione di WSN, di programmazione firmware, di gestione di sistemi di rilevamento e di progettazione di nodi sensori.

Il programma del corso prevede una prima fase di presentazione dei sistemi Georeferenziali GIS con l'utilizzo del programma GIS Terrapack e prove in itinere. Verranno poi effettuate esercitazioni e prove su Matlab.

Successivamente verranno trattati i sistemi embeeded e verranno fatte prove in itinere con Arduino ed il suo linguaggio di programmazione. Il corso si concluderà con le tematiche di ricetrasmissione e prtocolli di rete low power come gli ZigBee e l'utilizzo di dispositivi RF come gli XBee.

• Vincenzo Ferrara 30 ore inizia il corso
• Andrea Pietrelli 30 ore termina il corso

Sono previste delle prove in itinere con attività di laboratorio (produzione di codici software, firmware, tools, prototipi hardware WSN,…) con valutazione complessiva che tiene conto della progressione di apprendimento (valor medio delle prove in numero max di 5 + incremento per progressione max 10%)..

In alternativa la valutazione è fatta con una prova scritta di due ore riguardante la risoluzione di problemi tecno/circuitali e di progetto (peso pari al 50% della prova finale) e con una prova orale di verifica dell’apprendimento e della capacità di ragionamento (peso pari al 50% della prova finale).

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web

https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15245

Testi consigliati:

• GIS
• Emanuela Caiaffa, “ECDL GIS - La rappresentazione cartografica e i fondamenti del GIS”, McGraw-Hill Education (Italy)
• Web services – client-server – SOA- restful - IoT
• Jeam-Philippe Vasseur, Adam Dunkels, “Interconnecting smart objects with IP”, ed. MK
• Reti client –server : Pier Calderan, “Reti domestiche. La guida tascabile per creare reti su misura aggiornata a Windows 10”, ed. Apogeo
• SOA: Fantuzzi Nestore Paolo, “ Introduzione alle SOA (Service Oriented Architecture)”, ed. Hoepli
• Proiezioni cartografiche
• NASA, G.Projector — Global Map Projector, http://www.giss.nasa.gov/tools/gprojector
• John P. Snyder, “Maps Projections – A working manual”, ed. U.S. Geological survey professional paper 1395
• WSN
• Matthijs Kooijman, “ Building Wireless Sensor Networks Using Arduino”, Packt – Open source community -2015
• Robert Faludi, “Building Wireless Sensor Networks: with ZigBee, XBee, Arduino, and Processing”, O'Reilly Media, Inc
• Progettazione collegamenti
• ITU (International Communication Union): Final Acts of the Regional Radiocommunication Conference
• Progettazione di antenne
• John D. Kraus, “Antennas”, ed. McGraw-Hill
• Harvesting
• Shashank Priya, Daniel J. Inman, “Energy Harvesting Technologies”, ed. Springer Science & Business Media

ITA

GENERALI

Il modulo fornisce: le basi della progettazione dei circuiti digitali per sistemi embedded, la capacità di giudizio nella derivazione delle soluzioni progettuali dalle specifiche tecniche, selezionando le architetture più adeguate alle diverse applicazioni.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere le architetture per sistemi embedded nelle loro diverse forme e caratteristiche, conoscere le architetture delle CPU a 8, 16 e 32 bit, le caratteristiche di un Instruction Set Architecture, le caratteristiche tipiche delle unità esterne: memorie, timer, interrupt controller, unità di comunicazione. Toolchain di compilazione su sistemi embedded, linguaggi di alto livello e assembly, analisi del codice prodotto e debug.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare metodologie di progettazione di sistemi embedded, capacità di scrivere codice caratteristico dei sistemi embedded (es. accesso diretto all'hardware, routine di interrupt).
• Autonomia di giudizio: capacità di effettuare opportune scelte progettuali in funzione delle specifiche richieste (embedded system design)
• Abilità comunicative: saper descrivere le soluzioni scelte per risolvere il problema progettuale: caratteristiche dell'Instruction Set Architecture, livello di programmazione necessario (linguaggio C, assembly), prestazioni attese e descrizione dell'organizzazione del progetto software.
• Capacità di apprendimento: capacità di proseguire gli studi successivi approfondendo le tematiche sulle architetture hardware/software più avanzate, ad esempio sistemi multicore o sistemi basati su microkernel.

The module provides: the basics of the design of digital circuits for embedded systems, the ability to make decisions in the derivation of design solutions from technical specifications, selecting the most suitable architectures for different applications.

Introduction (4 hours)

• Embedded systems definition and application domains
• Embedded systems components

Hardware units (28 hours)

• Instruction Set Architecture Design
• The ARM Architecture and ISA
• Memory and memory map, bus, bus hierarchy
• GPIO Devices
• Timers, Capture/Compare/PWM, clock generation in microcontrollers, watchdogs
• Interrupts, interrupt controller, vector table
• Communication devices, RS232, SPI, I2C, CAN
• Acquisition devices, ADC, DAC

Software and toolchain (16 hours)

• Embedded systems toolchain, compiler, assembler, linker
• Interaction between C and assembly code
• Embedded systems software structure, code and data
• Debug, verification, executable analysis

Written open questions on concepts exposed during the course

Course slides and additional material available at https://sites.google.com/site/embeddedsystemssapienza/

CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

Conoscenza degli strumenti metodologici e degli argomenti fondamentali del Bioelettromagnetismo (interazione dei campi con le strutture molecolari, in particolare con soluzioni acquose e cellule, tecniche per il calcolo del campo EM all’interno dei tessuti esposti, reazioni fisiologiche dei sistemi biologici alla stimolazione elettromagnetica, razionale e concetti basilari delle normative internazionali), aspetti che costituiscono anche le basi per successivi corsi specialistici nello stesso settore scientifico-disciplinare.

CAPACITÀ APPLICATIVE.

Abilità nell’elaborare la modellistica bioelettromagnetica in chiave interpretativa, al fine di predire i principali fenomeni legati all’impiego dei campi elettromagnetici su esseri umani, organi, tessuti, strutture cellulari.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO.

Potenzialità di analisi critica dei fondamentali aspetti applicativi legati all’impiego dei campi elettromagnetici in presenza di soggetti umani.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE.

Acquisizione di un bagaglio conoscitivo adeguato alla divulgazione delle conoscenze scientifiche e tecniche nel settore del bioelettromagnetismo.

CAPACITÀ DI APPRENDERE.

Raggiungimento graduale ed estensione di un livello conoscitivo atto alla formazione di una figura professionale nel settore della protezione dell’essere umano dall’esposizione ai campi EM in ambienti complessi.

Una volta superato l’esame gli studenti avranno una visione d’insieme dell’interazione tra sistemi biologici in particolare l’essere umano ed i campi elettromagnetici di bassa ed alta frequenza.

Saranno in grado di valutare situazioni di esposizione in relazione alla salute umana, sapranno utilizzare i software (ad esempio Sim4Lite) e le tecniche di misura necessari a tale valutazione. Saranno pronti per utilizzare gli argomenti trattati durante il corso come linee guida di valutazione del rischio di nuove tecnologie elettromagnetiche.

PROPRIETA EM dei TESSUTI

Proprietà dei tessuti

Meccanismi di polarizzazione - controioni

Meccanismi di polarizzazione - interfaccia

Meccanismi di polarizzazione - pol dipolare e modello Lorentz

Proprietà dei tessuti esempi

LAB: MATLAB Proprieta EM dei tessuti database e implementazione modello Cole and Cole

LAB: MATLAB teoria delle misture

MECCANISMI di ACCOPPIAMENTO e DOSIMETRIA ANALITICA

Meccanismi campi indotti

Dosimetria Analitica

METODI NUMERICI e DOSIMETRIA NUMERICA

Metodo FDTD

Metodo FEM

Applicazioni di dosimetria numerica

LAB: Utilizzo Software Sim4Lite: SAR in un Ellissoide prolato

LAB: Utilizzo Software Sim4Lite: SAR in un modello antropomorfo

NORMATIVE DI PROTEZIONE

Basi scientifiche delle normative

Valoridi protezione delle Normative

• Proprieta EM dei Tessuti
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf scaricabili da elearning
• Dosimetria analitica e numerica
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf scaricabili da elearning
• Normative per la protezione della Salute umana
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf scaricabili da elearning

DUE PARTI che contribuiscono equamente al voto finale:

1) LOGBOOK delle esperienze LAB

2) Una domanda orale tratte da tutto il programma

Nel complesso, la prova di esame ha lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla:

a) comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento a problemi di applicazione;

b) capacità di apprendere ed organizzare i concetti;

d) accuratezza e precisione espositiva.

Dispense del docente ed alcuni lavori di review di riferimento, tutto il materiale e' disponibile sul sito elearning della Sapienza relativo al corso.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE.

Conoscenza approfondita degli strumenti metodologici e degli argomenti del Bioelettromagnetismo (interazione dei campi con le strutture molecolari, tecniche per il calcolo del campo EM all’interno dei compartimenti cellulari, modellistica quantitativa dell’azione del campo elettromagnetico a livello di membrana e dei canali cellulari, modelli integrati del comportamento cellulare), aspetti che costituiscono le basi per l’analisi e la verifica di nuove tecniche terapeutiche e diagnostiche.

CAPACITÀ APPLICATIVE.

Abilità nell’elaborare la modellistica bioelettromagnetica in chiave progettuale, al fine di verificare e predire il comportamento dei principali strumenti diagnostici e terapeutici che utilizzano campi elettromagnetici su esseri umani.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO.

Potenzialità di analisi critica dei fondamentali aspetti applicativi legati all’impiego dei campi elettromagnetici in terapia e diagnostica.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE.

Acquisizione di un bagaglio conoscitivo approfondito per la divulgazione delle conoscenze scientifiche nel settore del bioelettromagnetismo.

CAPACITÀ DI APPRENDERE.

Raggiungimento graduale ed estensione di un livello conoscitivo approfondito atto alla formazione di una figura professionale esperta nell’uso terapeutico e diagnostico dell’esposizione ai campi EM dell’essere umano.

Una volta superato l’esame gli studenti avranno una visione delle conoscenze più avanzate dell’interazione tra sistemi biologici, in particolare l’essere umano, ed i campi elettromagnetici, acquisendo conoscenze teoriche ed abilità pratiche sia di software che di strumentazione di misura.

Saranno in grado di valutare un sistema di protezione di esposizione in relazione alla salute umana così come la efficacia di applicazioni biomedicali basate sui campi elettromagnetici. Saranno pronti per utilizzare gli argomenti trattati durante il corso come linee guida di valutazione del rischio di nuove tecnologie elettromagnetiche e di efficacia di nuove terapie.

MISURE DI PERMETTIVITA'

MISURE DI CAMPO ELETTROMAGNETICO ALTA FREQUENZA

-Misure di Campo Elettromagnetico in Alta Frequenza

-MISURE DI SAR e SISTEMI SPERIMENTALI

Misure di SAR

Sistemi per Studi Sperimentali

LAB: Simulazione di un sistema espositivo tramite Comsol Multiphysics

SIMULAZIONI MOLECOLARI con CAMPO E e B

-Simulazioni Molecolari: metodie concetti di base

-Simulazioni Molecolari: esempi con Campo E

-Simulazioni Molecolari: esempi con Campo B

MICRODOSIMETRIA a MICROONDE

LAB: semplice modello di microdosimetria RF tramite Comsol Multiphysics

VALUTAZIONE DELL'ESPOSIZIONE ALLE RADIOFREQUENZE IN 5G

Stimolazione elettrica nella medicina rigenerativa

Stimolazione biofisica

Dosimetria numerica dell'effetto neuroprotettivo dei CEMP

LAB: misurazione del campo B da un dispositivo File per CEMP

• Misure e Sistemi alta frequenza (pemettività, campo elettromagnetico, SAR, banco sperimentale)
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf

scaricabili da elearning

• Meccanismi di interazione: dinamica molecolare in presenza di campi E e B
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf

scaricabili da elearning

• Microdosimetria
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf

scaricabili da elearning

• Stato dell'arte degli studi di protezione della salute
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf

scaricabili da elearning

• Applicazioni medicali innovative: campi magnetici di bassa frequenza e bassa intensità
• Testi di riferimento: collezione di testi pdf

scaricabili da elearning

DUE PARTI che contribuiscono equamente al voto finale:

1) LOGBOOK delle esperienze LAB

2) Una domanda orale tratte da tutto il programma

Nel complesso, la prova di esame ha lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla:

a) comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento a problemi di applicazione;

b) capacità di apprendere ed organizzare i concetti;

d) accuratezza e precisione espositiva.

Dispense del docente ed alcuni lavori di review di riferimento, tutto il materiale e' disponibile sul sito elearning della Sapienza relativo al corso.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, mixer, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori, mixer) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotte sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Il modulo affronta i fondamenti delle misure a radiofrequenza e microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati nei sistemi di telecomunicazione e radar. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, fattore di merito di risonatori, riflettometria nel dominio del tempo, misure di campo a banda stretta). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti R-L-C. Le misure vengono effettuate su amplificatori, mixer, VCO, e PLL, e sono presi in considerazione segnali modulati in formato analogico (di ampiezza e di frequenza), e digitale (W-CDMA).

Progettazione di sistemi digitali di tipo embedded: nello sviluppo del laboratorio viene condotta l’intera catena di progettazione, realizzazione e validazione di un sistema, attraverso la cattura dei requisiti di utente, la stesura delle specifiche, la progettazione della validazione, definizione dell’architettura hardware e software, scelta dei componenti, assemblaggio e programmazione, esecuzione dei test. L’attività è basata su un sistema a microcontrollore, integrato con sensori, attuatori, sistemi di comunicazione. Una parte specifica del modulo tratta inoltre la progettazione RTL per implementazione su FPGA.

Modulo: LABORATORIO II
esperienze di misure su amplificatori, mixer, VCO, e PLL relative a filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti RLC

esperienza di progettazione e realizzazione di un sistema embedded basato su microcontrollore

scrittura di una relazione tecnica relativa alle specifiche, progettazione e validazione del sistema

Modulo: LABORATORIO I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Descrizione di reti a microonde con parametri S.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecnica di calibrazione SOLT.

ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misure su modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE CON TIME DOMAIN REFLECTOMETRY: misure nel dominio del tempo indirette, filtraggio temporale (gating).

MISURE DI CAMPO: misure di campo a banda stretta, misura e incertezza della misura

MISURE NON LINEARI: misure di punto di compressione e intermodulazione su amplificatori e mixer

LABORATORIO

Misure su

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati, risonatori;
• dispositivi a 2-porte: risonatori, cavi, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo
• campo EM a banda stretta
• intermodulazione di amplificatori
• caratterizzazione di mixer

Modulo: LABORATORIO II

• esperienze di laboratorio

Modulo: LABORATORIO I

• Richiami su linee di trasmissione, cavi coassiali e matrice di scattering
• Testi di riferimento: 01_REVIEW_TLINES:COAX_CABLE_S_MAT
• Richiami teoria incertezza e segnali elementari
• Testi di riferimento: 02_REVIEW_UNC_SIGNALS
• Analizzatore di spettro struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 03_SPECTRUM_ANALYSER
• Analizzatore di rete struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 04_NTWORK_ANALYSER
• Misura dei prodotti di intermodulazione di amplificatori e spettro dei mixer
• Testi di riferimento: 05_NON_LINEAR_MEASUREMENTS
• Misure di riflessione nel dominio del tempo (TDR)
• Testi di riferimento: 06_TIME_DOMAIN_REFLECTOMETRY
• Misura dei parametri di un risonatore in riflessione e in trasmissione
• Testi di riferimento: 07_RESONATOR_MEASUREMENTS
• Misura dei parametri di un cavo coassiale e di reti concentrate
• Testi di riferimento: 08_COAX_CABLE_LUMPED_ELEM_MEAS

consegna di relazioni tecniche relative alle esperienze di laboratorio realizzate

Modulo: LABORATORIO II
Non sono utilizzati libri di testo. La documentazione sulla strumentazione, i componenti e dispositivi utilizzati è fornita dai docenti, così come altra documentazione necessaria incluse le slide presentate

Modulo: LABORATORIO I
Note applicative. Appunti disponibili sul sito del corso.

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web e sulla classroom del corso

Modulo: LABORATORIO II
N/D
Modulo: LABORATORIO I
N/D

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, mixer, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori, mixer) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotte sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Il modulo affronta i fondamenti delle misure a radiofrequenza e microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati nei sistemi di telecomunicazione e radar. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, fattore di merito di risonatori, riflettometria nel dominio del tempo, misure di campo a banda stretta). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti R-L-C. Le misure vengono effettuate su amplificatori, mixer, VCO, e PLL, e sono presi in considerazione segnali modulati in formato analogico (di ampiezza e di frequenza), e digitale (W-CDMA).

Progettazione di sistemi digitali di tipo embedded: nello sviluppo del laboratorio viene condotta l’intera catena di progettazione, realizzazione e validazione di un sistema, attraverso la cattura dei requisiti di utente, la stesura delle specifiche, la progettazione della validazione, definizione dell’architettura hardware e software, scelta dei componenti, assemblaggio e programmazione, esecuzione dei test. L’attività è basata su un sistema a microcontrollore, integrato con sensori, attuatori, sistemi di comunicazione. Una parte specifica del modulo tratta inoltre la progettazione RTL per implementazione su FPGA.

Modulo: LABORATORIO II
esperienze di misure su amplificatori, mixer, VCO, e PLL relative a filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti RLC

esperienza di progettazione e realizzazione di un sistema embedded basato su microcontrollore

scrittura di una relazione tecnica relativa alle specifiche, progettazione e validazione del sistema

Modulo: LABORATORIO I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Descrizione di reti a microonde con parametri S.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecnica di calibrazione SOLT.

ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misure su modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE CON TIME DOMAIN REFLECTOMETRY: misure nel dominio del tempo indirette, filtraggio temporale (gating).

MISURE DI CAMPO: misure di campo a banda stretta, misura e incertezza della misura

MISURE NON LINEARI: misure di punto di compressione e intermodulazione su amplificatori e mixer

LABORATORIO

Misure su

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati, risonatori;
• dispositivi a 2-porte: risonatori, cavi, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo
• campo EM a banda stretta
• intermodulazione di amplificatori
• caratterizzazione di mixer

Modulo: LABORATORIO II

• esperienze di laboratorio

Modulo: LABORATORIO I

• Richiami su linee di trasmissione, cavi coassiali e matrice di scattering
• Testi di riferimento: 01_REVIEW_TLINES:COAX_CABLE_S_MAT
• Richiami teoria incertezza e segnali elementari
• Testi di riferimento: 02_REVIEW_UNC_SIGNALS
• Analizzatore di spettro struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 03_SPECTRUM_ANALYSER
• Analizzatore di rete struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 04_NTWORK_ANALYSER
• Misura dei prodotti di intermodulazione di amplificatori e spettro dei mixer
• Testi di riferimento: 05_NON_LINEAR_MEASUREMENTS
• Misure di riflessione nel dominio del tempo (TDR)
• Testi di riferimento: 06_TIME_DOMAIN_REFLECTOMETRY
• Misura dei parametri di un risonatore in riflessione e in trasmissione
• Testi di riferimento: 07_RESONATOR_MEASUREMENTS
• Misura dei parametri di un cavo coassiale e di reti concentrate
• Testi di riferimento: 08_COAX_CABLE_LUMPED_ELEM_MEAS

consegna di relazioni tecniche relative alle esperienze di laboratorio realizzate

Modulo: LABORATORIO II
Non sono utilizzati libri di testo. La documentazione sulla strumentazione, i componenti e dispositivi utilizzati è fornita dai docenti, così come altra documentazione necessaria incluse le slide presentate

Modulo: LABORATORIO I
Note applicative. Appunti disponibili sul sito del corso.

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web e sulla classroom del corso

Modulo: LABORATORIO II
N/D
Modulo: LABORATORIO I
N/D

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, mixer, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori, mixer) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotte sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Il modulo affronta i fondamenti delle misure a radiofrequenza e microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati nei sistemi di telecomunicazione e radar. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, fattore di merito di risonatori, riflettometria nel dominio del tempo, misure di campo a banda stretta). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti R-L-C. Le misure vengono effettuate su amplificatori, mixer, VCO, e PLL, e sono presi in considerazione segnali modulati in formato analogico (di ampiezza e di frequenza), e digitale (W-CDMA).

Progettazione di sistemi digitali di tipo embedded: nello sviluppo del laboratorio viene condotta l’intera catena di progettazione, realizzazione e validazione di un sistema, attraverso la cattura dei requisiti di utente, la stesura delle specifiche, la progettazione della validazione, definizione dell’architettura hardware e software, scelta dei componenti, assemblaggio e programmazione, esecuzione dei test. L’attività è basata su un sistema a microcontrollore, integrato con sensori, attuatori, sistemi di comunicazione. Una parte specifica del modulo tratta inoltre la progettazione RTL per implementazione su FPGA.

Modulo: LABORATORIO II
esperienze di misure su amplificatori, mixer, VCO, e PLL relative a filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti RLC

esperienza di progettazione e realizzazione di un sistema embedded basato su microcontrollore

scrittura di una relazione tecnica relativa alle specifiche, progettazione e validazione del sistema

Modulo: LABORATORIO I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Descrizione di reti a microonde con parametri S.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecnica di calibrazione SOLT.

ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misure su modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE CON TIME DOMAIN REFLECTOMETRY: misure nel dominio del tempo indirette, filtraggio temporale (gating).

MISURE DI CAMPO: misure di campo a banda stretta, misura e incertezza della misura

MISURE NON LINEARI: misure di punto di compressione e intermodulazione su amplificatori e mixer

LABORATORIO

Misure su

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati, risonatori;
• dispositivi a 2-porte: risonatori, cavi, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo
• campo EM a banda stretta
• intermodulazione di amplificatori
• caratterizzazione di mixer

Modulo: LABORATORIO II

• esperienze di laboratorio

Modulo: LABORATORIO I

• Richiami su linee di trasmissione, cavi coassiali e matrice di scattering
• Testi di riferimento: 01_REVIEW_TLINES:COAX_CABLE_S_MAT
• Richiami teoria incertezza e segnali elementari
• Testi di riferimento: 02_REVIEW_UNC_SIGNALS
• Analizzatore di spettro struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 03_SPECTRUM_ANALYSER
• Analizzatore di rete struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 04_NTWORK_ANALYSER
• Misura dei prodotti di intermodulazione di amplificatori e spettro dei mixer
• Testi di riferimento: 05_NON_LINEAR_MEASUREMENTS
• Misure di riflessione nel dominio del tempo (TDR)
• Testi di riferimento: 06_TIME_DOMAIN_REFLECTOMETRY
• Misura dei parametri di un risonatore in riflessione e in trasmissione
• Testi di riferimento: 07_RESONATOR_MEASUREMENTS
• Misura dei parametri di un cavo coassiale e di reti concentrate
• Testi di riferimento: 08_COAX_CABLE_LUMPED_ELEM_MEAS

consegna di relazioni tecniche relative alle esperienze di laboratorio realizzate

Modulo: LABORATORIO II
Non sono utilizzati libri di testo. La documentazione sulla strumentazione, i componenti e dispositivi utilizzati è fornita dai docenti, così come altra documentazione necessaria incluse le slide presentate

Modulo: LABORATORIO I
Note applicative. Appunti disponibili sul sito del corso.

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web e sulla classroom del corso

Modulo: LABORATORIO II
N/D
Modulo: LABORATORIO I
N/D

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, mixer, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori, mixer) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotte sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Il modulo affronta i fondamenti delle misure a radiofrequenza e microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati nei sistemi di telecomunicazione e radar. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, fattore di merito di risonatori, riflettometria nel dominio del tempo, misure di campo a banda stretta). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti R-L-C. Le misure vengono effettuate su amplificatori, mixer, VCO, e PLL, e sono presi in considerazione segnali modulati in formato analogico (di ampiezza e di frequenza), e digitale (W-CDMA).

Progettazione di sistemi digitali di tipo embedded: nello sviluppo del laboratorio viene condotta l’intera catena di progettazione, realizzazione e validazione di un sistema, attraverso la cattura dei requisiti di utente, la stesura delle specifiche, la progettazione della validazione, definizione dell’architettura hardware e software, scelta dei componenti, assemblaggio e programmazione, esecuzione dei test. L’attività è basata su un sistema a microcontrollore, integrato con sensori, attuatori, sistemi di comunicazione. Una parte specifica del modulo tratta inoltre la progettazione RTL per implementazione su FPGA.

Modulo: LABORATORIO II
esperienze di misure su amplificatori, mixer, VCO, e PLL relative a filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti RLC

esperienza di progettazione e realizzazione di un sistema embedded basato su microcontrollore

scrittura di una relazione tecnica relativa alle specifiche, progettazione e validazione del sistema

Modulo: LABORATORIO I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Descrizione di reti a microonde con parametri S.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecnica di calibrazione SOLT.

ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misure su modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE CON TIME DOMAIN REFLECTOMETRY: misure nel dominio del tempo indirette, filtraggio temporale (gating).

MISURE DI CAMPO: misure di campo a banda stretta, misura e incertezza della misura

MISURE NON LINEARI: misure di punto di compressione e intermodulazione su amplificatori e mixer

LABORATORIO

Misure su

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati, risonatori;
• dispositivi a 2-porte: risonatori, cavi, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo
• campo EM a banda stretta
• intermodulazione di amplificatori
• caratterizzazione di mixer

Modulo: LABORATORIO II

• esperienze di laboratorio

Modulo: LABORATORIO I

• Richiami su linee di trasmissione, cavi coassiali e matrice di scattering
• Testi di riferimento: 01_REVIEW_TLINES:COAX_CABLE_S_MAT
• Richiami teoria incertezza e segnali elementari
• Testi di riferimento: 02_REVIEW_UNC_SIGNALS
• Analizzatore di spettro struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 03_SPECTRUM_ANALYSER
• Analizzatore di rete struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 04_NTWORK_ANALYSER
• Misura dei prodotti di intermodulazione di amplificatori e spettro dei mixer
• Testi di riferimento: 05_NON_LINEAR_MEASUREMENTS
• Misure di riflessione nel dominio del tempo (TDR)
• Testi di riferimento: 06_TIME_DOMAIN_REFLECTOMETRY
• Misura dei parametri di un risonatore in riflessione e in trasmissione
• Testi di riferimento: 07_RESONATOR_MEASUREMENTS
• Misura dei parametri di un cavo coassiale e di reti concentrate
• Testi di riferimento: 08_COAX_CABLE_LUMPED_ELEM_MEAS

consegna di relazioni tecniche relative alle esperienze di laboratorio realizzate

Modulo: LABORATORIO II
Non sono utilizzati libri di testo. La documentazione sulla strumentazione, i componenti e dispositivi utilizzati è fornita dai docenti, così come altra documentazione necessaria incluse le slide presentate

Modulo: LABORATORIO I
Note applicative. Appunti disponibili sul sito del corso.

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web e sulla classroom del corso

Modulo: LABORATORIO II
N/D
Modulo: LABORATORIO I
N/D

LABORATORIO II
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

LABORATORIO I
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

LABORATORIO II
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, mixer, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori, mixer) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotte sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Il modulo affronta i fondamenti delle misure a radiofrequenza e microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati nei sistemi di telecomunicazione e radar. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, fattore di merito di risonatori, riflettometria nel dominio del tempo, misure di campo a banda stretta). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti R-L-C. Le misure vengono effettuate su amplificatori, mixer, VCO, e PLL, e sono presi in considerazione segnali modulati in formato analogico (di ampiezza e di frequenza), e digitale (W-CDMA).

Progettazione di sistemi digitali di tipo embedded: nello sviluppo del laboratorio viene condotta l’intera catena di progettazione, realizzazione e validazione di un sistema, attraverso la cattura dei requisiti di utente, la stesura delle specifiche, la progettazione della validazione, definizione dell’architettura hardware e software, scelta dei componenti, assemblaggio e programmazione, esecuzione dei test. L’attività è basata su un sistema a microcontrollore, integrato con sensori, attuatori, sistemi di comunicazione. Una parte specifica del modulo tratta inoltre la progettazione RTL per implementazione su FPGA.

LABORATORIO I
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, mixer, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori, mixer) che a 4-porte (e.g. accoppiatori direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre condotte sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, aiutando gli studenti a migliorare lo spirito collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Il modulo affronta i fondamenti delle misure a radiofrequenza e microonde per caratterizzare i dispositivi comunemente usati nei sistemi di telecomunicazione e radar. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza, fattore di merito di risonatori, riflettometria nel dominio del tempo, misure di campo a banda stretta). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti R-L-C. Le misure vengono effettuate su amplificatori, mixer, VCO, e PLL, e sono presi in considerazione segnali modulati in formato analogico (di ampiezza e di frequenza), e digitale (W-CDMA).

Progettazione di sistemi digitali di tipo embedded: nello sviluppo del laboratorio viene condotta l’intera catena di progettazione, realizzazione e validazione di un sistema, attraverso la cattura dei requisiti di utente, la stesura delle specifiche, la progettazione della validazione, definizione dell’architettura hardware e software, scelta dei componenti, assemblaggio e programmazione, esecuzione dei test. L’attività è basata su un sistema a microcontrollore, integrato con sensori, attuatori, sistemi di comunicazione. Una parte specifica del modulo tratta inoltre la progettazione RTL per implementazione su FPGA.

LABORATORIO II
Modulo: LABORATORIO II
esperienze di misure su amplificatori, mixer, VCO, e PLL relative a filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti RLC

esperienza di progettazione e realizzazione di un sistema embedded basato su microcontrollore

scrittura di una relazione tecnica relativa alle specifiche, progettazione e validazione del sistema

Modulo: LABORATORIO I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Descrizione di reti a microonde con parametri S.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecnica di calibrazione SOLT.

ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misure su modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE CON TIME DOMAIN REFLECTOMETRY: misure nel dominio del tempo indirette, filtraggio temporale (gating).

MISURE DI CAMPO: misure di campo a banda stretta, misura e incertezza della misura

MISURE NON LINEARI: misure di punto di compressione e intermodulazione su amplificatori e mixer

LABORATORIO

Misure su

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati, risonatori;
• dispositivi a 2-porte: risonatori, cavi, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo
• campo EM a banda stretta
• intermodulazione di amplificatori
• caratterizzazione di mixer

Modulo: LABORATORIO II

• esperienze di laboratorio

Modulo: LABORATORIO I

• Richiami su linee di trasmissione, cavi coassiali e matrice di scattering
• Testi di riferimento: 01_REVIEW_TLINES:COAX_CABLE_S_MAT
• Richiami teoria incertezza e segnali elementari
• Testi di riferimento: 02_REVIEW_UNC_SIGNALS
• Analizzatore di spettro struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 03_SPECTRUM_ANALYSER
• Analizzatore di rete struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 04_NTWORK_ANALYSER
• Misura dei prodotti di intermodulazione di amplificatori e spettro dei mixer
• Testi di riferimento: 05_NON_LINEAR_MEASUREMENTS
• Misure di riflessione nel dominio del tempo (TDR)
• Testi di riferimento: 06_TIME_DOMAIN_REFLECTOMETRY
• Misura dei parametri di un risonatore in riflessione e in trasmissione
• Testi di riferimento: 07_RESONATOR_MEASUREMENTS
• Misura dei parametri di un cavo coassiale e di reti concentrate
• Testi di riferimento: 08_COAX_CABLE_LUMPED_ELEM_MEAS

LABORATORIO I
Modulo: LABORATORIO II
esperienze di misure su amplificatori, mixer, VCO, e PLL relative a filtri, attenuatori, divisori, accoppiatori direzionali, amplificatori, mixer, VCO, PLL, strutture guidanti, risonatori e componenti discreti RLC

esperienza di progettazione e realizzazione di un sistema embedded basato su microcontrollore

scrittura di una relazione tecnica relativa alle specifiche, progettazione e validazione del sistema

Modulo: LABORATORIO I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Descrizione di reti a microonde con parametri S.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecnica di calibrazione SOLT.

ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misure su modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE CON TIME DOMAIN REFLECTOMETRY: misure nel dominio del tempo indirette, filtraggio temporale (gating).

MISURE DI CAMPO: misure di campo a banda stretta, misura e incertezza della misura

MISURE NON LINEARI: misure di punto di compressione e intermodulazione su amplificatori e mixer

LABORATORIO

Misure su

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati, risonatori;
• dispositivi a 2-porte: risonatori, cavi, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo
• campo EM a banda stretta
• intermodulazione di amplificatori
• caratterizzazione di mixer

Modulo: LABORATORIO II

• esperienze di laboratorio

Modulo: LABORATORIO I

• Richiami su linee di trasmissione, cavi coassiali e matrice di scattering
• Testi di riferimento: 01_REVIEW_TLINES:COAX_CABLE_S_MAT
• Richiami teoria incertezza e segnali elementari
• Testi di riferimento: 02_REVIEW_UNC_SIGNALS
• Analizzatore di spettro struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 03_SPECTRUM_ANALYSER
• Analizzatore di rete struttura e funzionamento
• Testi di riferimento: 04_NTWORK_ANALYSER
• Misura dei prodotti di intermodulazione di amplificatori e spettro dei mixer
• Testi di riferimento: 05_NON_LINEAR_MEASUREMENTS
• Misure di riflessione nel dominio del tempo (TDR)
• Testi di riferimento: 06_TIME_DOMAIN_REFLECTOMETRY
• Misura dei parametri di un risonatore in riflessione e in trasmissione
• Testi di riferimento: 07_RESONATOR_MEASUREMENTS
• Misura dei parametri di un cavo coassiale e di reti concentrate
• Testi di riferimento: 08_COAX_CABLE_LUMPED_ELEM_MEAS

LABORATORIO II
consegna di relazioni tecniche relative alle esperienze di laboratorio realizzate

LABORATORIO I
consegna di relazioni tecniche relative alle esperienze di laboratorio realizzate

LABORATORIO II
Modulo: LABORATORIO II
Non sono utilizzati libri di testo. La documentazione sulla strumentazione, i componenti e dispositivi utilizzati è fornita dai docenti, così come altra documentazione necessaria incluse le slide presentate

Modulo: LABORATORIO I
Note applicative. Appunti disponibili sul sito del corso.

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web e sulla classroom del corso

Modulo: LABORATORIO II
N/D
Modulo: LABORATORIO I
N/D

LABORATORIO I
Modulo: LABORATORIO II
Non sono utilizzati libri di testo. La documentazione sulla strumentazione, i componenti e dispositivi utilizzati è fornita dai docenti, così come altra documentazione necessaria incluse le slide presentate

Modulo: LABORATORIO I
Note applicative. Appunti disponibili sul sito del corso.

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibili sul sito web e sulla classroom del corso

Modulo: LABORATORIO II
N/D
Modulo: LABORATORIO I
N/D

GENERALI

Lo scopo del corso è di fornire allo studente la comprensione di principi di funzionamento di dispositivi

ottici attivi basati sull’interazione della luce con sistemi a nanoscala; vuole inoltre fornire una conoscenza

delle più attuali tecniche di progettazione e realizzazione di laser ( q-dots , laser a cristallo fotonico ) e dei

loro impieghi nel settore dell’optoelettronica, quantum information ed anche in diagnostiche che

impiegano le sorgenti ottiche miniaturizzate

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere metodi analitici per comprendere le modalità di

funzionamento dei laser adottati in vari ambiti, nonché conoscere la tecnologia di base dell’elettronica

quantistica .

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare metodologie di analisi e apprendimento ,

mediante attività anche in laboratorio.

• Capacità critiche e di giudizio: sono svolte prove di test di laboratorio e capacità di valutazione delle più

recenti pubblicazioni scientifiche nel campo.

• Abilità comunicative: saper descrivere quanto appreso nell’ambito delle conoscenze delle tecnologie a

funzionamento di dispositivi laser . L’abilità comunicativa è realizzata affrontando alcuni temi fondamentali

con la richiesta di partecipazione attiva alla soluzione dei problemi, sulla base delle conoscenze acquisite

dalle precedenti lezioni o da corsi già superati.

• Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita: capacità di proseguire gli studi

successivi riguardanti tematiche avanzate di fotonica ed elettronica quantistica, fondate sulle metodologie

di analisi e progetto acquisite.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Lo scopo del corso è di fornire allo studente la comprensione di principi di funzionamento di dispositivi ottici attivi basati sull’interazione della luce con sistemi a nanoscala; vuole inoltre fornire una conoscenza delle più attuali tecniche di progettazione e realizzazione di laser ( q-dots , laser a cristallo fotonico ) e dei loro impieghi nel settore dell’optoelettronica, quantum information ed anche in diagnostiche che impiegano le sorgenti ottiche miniaturizzate

Interazione luce-materia su scala nanometrica. Processi di assorbimento/emissione, emissione stimolata. Confinamento della luce, emettitori quantistici, molecole fluorescenti, punti quantici. Fenomeni risonanti. Plasmoni, plasmoni superficiali, microresonatori, equazioni di tasso, guadagno. Cristalli fotonici, microcavità, laser blu, laser casuali, OLED. Tecniche di realizzazione. Ottica non lineare, oscillatori parametrici, oscillatori parametrici integrati. Sensori.

Valutazione orale: tre domande sul programma

• Amnon Yariv and Pochi Yeh “…Photonics: Optical Electronics in Modern Communications “
• L.Novotny , B. Hecht “ Principles of Nano-Optics”
• O.Svelto “ Laser principles”
• M.Bertolotti “Maser and Lasers”
• C.Sibilia, , T.M Benson, M. Marciniak, , T. Szoplik, .”Photonic Crystals: Physics and Technology”Fine modulo
• S.Mayer “Fundamental of Plasmonics

ITA

GENERALI

Il corso “Machine Learning for Signal Processing” ha l’obiettivo di fornire una comprensione solida delle tecniche di apprendimento automatico applicate al trattamento dei segnali. Partendo da una revisione dei concetti fondamentali dell’apprendimento supervisionato, non supervisionato e generativo, il corso guida lo studente nell’analisi, nella modellazione e nella sintesi di segnali complessi mediante modelli neurali e probabilistici. Vengono approfondite architetture classiche come reti multilivello, reti convoluzionali e ricorrenti, fino a modelli generativi moderni come autoencoder, GAN e diffusion models, con applicazioni a segnali audio, biomedici e temporali. Il corso è strutturato per sviluppare la capacità di progettare sistemi intelligenti per l’analisi del segnale, integrando teoria, implementazione in notebook Python e analisi critica dei risultati.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Comprendere i principi dell’apprendimento automatico e le loro applicazioni al processamento dei segnali.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper implementare e adattare modelli di machine learning a differenti domini di segnali (audio, biomedicali, temporali).
• Autonomia di giudizio: Saper scegliere e giustificare le metodologie più adatte in relazione al tipo di segnale e al problema da affrontare.
• Abilità comunicative: Comunicare in modo chiaro approcci, risultati e implicazioni dell’analisi di segnali con tecniche di machine learning.
• Capacità di apprendimento: Sviluppare l’autonomia nello studio di nuove tecniche e nella sperimentazione di modelli su nuovi set di dati.

Al termine del corso, ci si aspetta che gli studenti abbiano acquisito conoscenze fondamentali nei campi della rappresentazione e dell’analisi di segnali attraverso metodi di machine learning e delle applicazioni principali del signal processing. Ci si aspetta che competenze acquisite siano generalizzate e a problemi complessi di varia natura per poi essere utilizzate in studi successivi. Inoltre, ci si aspetta che gli studenti siano in grado di comunicare informazioni e soluzioni tecniche a interlocutori specialisti e non specialisti.

INTRODUZIONE AL MACHINE LEARNING FOR SIGNAL PROCESSING (MLSP). Utilizzo delle metodologie di machine learning per problemi di elaborazione delle informazioni. Introduzione ai segnali e possibili rappresentazioni. Introduzione alle problematiche di regressione e classificazione. Tassonomia metodologica per l’MLSP. Tipici campi applicativi dell’MLSP. (Rif: [1: Cap. 1], [2: Cap. 1])

CONCETTI DI BASE PER MLSP. Richiami dei concetti fondamentali di algebra lineare, probabilità e variabili aleatorie, con riferimento al contesto MLSP. Esempi pratici utilizzando dati e scenari tipici dell’MLSP. (Rif: [1: Cap. 2], [2: Cap. 2], [3: Cap. 2])

ALGORITMI DI APPRENDIMENTO. Stima parametrica. Polarizzazione e varianza. Funzioni costo. Fondamenti di ottimizzazione di funzioni costo per il machine learning. Stima ottima ai minimi quadrati. Regressione lineare. Algoritmi basati sul gradiente. Introduzione alla classificazione. Classificazione Bayesiana. Regressione logistica. Algoritmi di machine learning per la classificazione. Regolarizzazione e apprendimento sparso. Esempi applicativi. (Rif: [1: Cap. 3, 4, 5, 10])

ALGORITMI DI APPRENDIMENTO NON LINEARI. Modellamento e stima non lineari. Algoritmi non lineari di apprendimento online. Metodi basati sui kernel. Regressione e classificazione con metodi a kernel. Apprendimento online con kernel. Esempi applicativi. (Rif: [1: Cap. 11], [2: Cap. 18])

DEEP LEARNING PER MLSP. Introduzione al deep learning, operazioni di calcolo nel deep learning. Reti neurali convoluzionali. Reti neurali ricorrenti per l’elaborazione dei segnali. Metodi long short-term memory. Metodi generativi di deep learning. Reti neurali su grafi. Esempi applicativi con segnali audio, vocali, biomedici, immagini, musica. (Rif: [1: Cap. 18], [3: Cap. 5, 6, 8, 17])

Durante l'intero corso, verranno organizzate sessioni di laboratorio in Python, compresa l'implementazione dei principali metodi di apprendimento automatico in diversi contesti applicativi di elaborazione del segnale (ad es. Audio e parlato, immagini, segnali biomedici, segnali musicali, segnali multicanale da sensori eterogenei e processi di manutenzione predittiva, tra gli altri).

• INTRODUZIONE AL MACHINE LEARNING FOR SIGNAL PROCESSING (MLSP). Utilizzo delle metodologie di machine learning per problemi di elaborazione delle informazioni. Introduzione ai segnali e possibili rappresentazioni. Introduzione alle problematiche di regressione e classificazione. Tassonomia metodologica per l’MLSP. Tipici campi applicativi dell’MLSP.
• Testi di riferimento: [1: Cap. 1] Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.
• CONCETTI DI BASE PER MLSP. Richiami dei concetti fondamentali di algebra lineare, probabilità e variabili aleatorie, con riferimento al contesto MLSP. Esempi pratici utilizzando dati e scenari tipici dell’MLSP.
• Testi di riferimento: [1: Cap. 2] Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.
• ALGORITMI DI APPRENDIMENTO. Stima parametrica. Polarizzazione e varianza. Funzioni costo. Fondamenti di ottimizzazione di funzioni costo per il machine learning. Stima ottima ai minimi quadrati. Regressione lineare. Algoritmi basati sul gradiente. Introduzione alla classificazione. Classificazione Bayesiana. Regressione logistica. Algoritmi di machine learning per la classificazione. Regolarizzazione e apprendimento sparso. Esempi applicativi.
• Testi di riferimento: [1: Cap. 3, 4, 5, 10] Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.
• ALGORITMI DI APPRENDIMENTO NON LINEARI. Modellamento e stima non lineari. Algoritmi non lineari di apprendimento online. Metodi basati sui kernel. Regressione e classificazione con metodi a kernel. Apprendimento online con kernel. Esempi applicativi.
• Testi di riferimento: [1: Cap. 11] Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.
• DEEP LEARNING PER MLSP. Introduzione al deep learning, operazioni di calcolo nel deep learning. Reti neurali convoluzionali. Reti neurali ricorrenti per l’elaborazione dei segnali. Metodi long short-term memory. Metodi generativi di deep learning. Reti neurali su grafi. Esempi applicativi con segnali audio, vocali, biomedici, immagini, musica.
• Testi di riferimento: [1: Cap. 18] Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.

Il corso prevede un esame finale con votazione in trentesimi, basato su esercizi da svolgere a casa (30%) e su un progetto finale (70%). Lo studente verrà valutate sia sulle capacità acquisite di conoscenza e progettazione metodologica sia sulla capacità di applicare la conoscenza e implementare una specifica metodologia in un problema pratico.

Testo principale:

• Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.

Testi alternativi

• Sergios Theodoridis, “Machine Learning: A Bayesian and Optimization Perspective”. Elsevier, 2020.
• Kevin P. Murphy, “Machine Learning: A Probabilistic Perspective”. The MIT Press, 2021.
• Christopher M. Bishop, "Pattern Recognition and Machine Learning". Springer, 2006.

Materiale integrativo a cura del docente (lucidi del corso, articoli) disponibile sul sito web http://danilocomminiello.site.uniroma1.it e sul pagina della classe virtuale del corso (Classroom).

Riferimenti

[1] Sergios Theodoridis, “Machine Learning: A Bayesian and Optimization Perspective”. Elsevier, 2020.

[2] Kevin P. Murphy, “Machine Learning: A Probabilistic Perspective”. The MIT Press, 2021.

[3] Aston Zhang and Zachary C. Lipton and Mu Li and Alexander J. Smola, “Dive Into Deep Learning”. Amazon, 2020.

[4] S. Raschka, V. Mirjalili, “Python Machine Learning”, (3rd ed.), Packt Publishing, 2019.

[5] Ian Goodfellow, Yoshua Bengio, Aaron Courville, “Deep Learning”. The MIT Press, 2016.

[6] Christopher M. Bishop, "Pattern Recognition and Machine Learning". Springer, 2006.

GENERALI

Il corso intende fornire allo studente gli strumenti per la comprensione, le tecnologie realizzative e le prestazioni di sistemi e microsistemi composti da componenti optoelettronici e fotonici.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza approfondita dei principali sistemi realizzati con componenti optoelettronici e fotonici, con particolare riferimento ai principi fisici di funzionamento dei singoli componenti e delle tecnologie realizzative.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di analisi e confronto di sistemi fotonici allo stato dell'arte. Acquisizione di competenze per la progettazione di microsistemi fotonici, e per la loro applicazione nella sensoristica e nella elaborazione delle immagini.
• Autonomia di giudizio: Capacità di scelta, confronto e progettazione di sistemi fotonici allo stato dell'arte.
• Abilità comunicative: Capacità di descrizione, analisi e confronto di sistemi fotonici allo stato dell'arte.
• Capacità di apprendimento: Capacità di apprendere atte all’inserimento in contesti lavorativi di progettazione, acquisizione e confronto di sistemi fotonici

Lo Studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente nelle tecniche di realizzazione e le prestazioni di sistemi e microsistemi basati su componenti optoelettronici e fotonici.

Concetti di fotometria e colorimetria. Concetti di polarizzazione della luce. Cristalli liquidi: struttura e proprietà. Display e microdisplay a cristalli liquidi. Sistemi Micro-Opto-Elettromeccanici: Digital Micromirror Devices e Digital Light Processing. Celle fotovoltaiche: produzione di energia elettrica da energia solare con celle solari e sistemi fotovoltaici. Diodi organici a emissione di luce (OLED). Microsistemi fotonici per analisi bio-molecolare. Micro e nano sistemi basati su sensori ottici. Microsistemi fotonici integrati su silicio. Interconnessioni ottiche, tecniche di packaging e assemblaggio nei microsistemi.

Visita ai laboratori ENEA Casaccia per la realizzazione di sistemi fotovoltaici.

• Concetti

di fotometria e colorimetria.

• Concetti

di polarizzazione della luce.

• Cristalli

liquidi: struttura e proprietà.

• Display

e microdisplay a cristalli liquidi.

• Sistemi

Micro-Opto-Elettromeccanici: Digital Micromirror Devices e Digital Light

Processing.

• Celle

fotovoltaiche: produzione di energia elettrica da energia solare con celle

solari e sistemi fotovoltaici.

• Diodi

organici a emissione di luce (OLED).

• Microsistemi

fotonici per analisi bio-molecolare. Micro e nano sistemi basati su sensori

ottici. Microsistemi fotonici integrati su silicio. Interconnessioni ottiche,

tecniche di packaging e assemblaggio nei microsistemi.

Prova orale

• O. Solgaard, “Photonic Microsystems: Micro and Nanotechnology Applied to Optical Devices and Systems”, Springer 2009.
• M.E. Motamedi, “MOEMS: micro-opto-electro-mechanical systems”, SPIE The International Society for Optical Engineering, 2005.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, 2nd Edition, Wiley, 2007.
• D.K. Yang and S.T. Wu, “Fundamentals of Liquid Crystal Devices”, Wiley, 2006.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, Wiley, 2007.
• J.H. Lee, D.N. Liu, S.T. Wu, “Introduction to Flat Panel Displays”, Wiley, 2008.
• P. Yeh and C. Gu, “Optics of liquid crystal displays”, 2nd Edition, Wiley, 2009.
• L. Pavesi, G. Guillot, “Optical Interconnects. The Silicon Approach.”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente (disponibili sul sito web)
• O. Solgaard, “Photonic Microsystems: Micro and Nanotechnology Applied to Optical Devices and Systems”, Springer 2009.
• M.E. Motamedi, “MOEMS: micro-opto-electro-mechanical systems”, SPIE The International Society for Optical Engineering, 2005.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, 2nd Edition, Wiley, 2007.
• D.K. Yang and S.T. Wu, “Fundamentals of Liquid Crystal Devices”, Wiley, 2006.
• I.C. Khoo, “Liquid Crystals”, Wiley, 2007.
• J.H. Lee, D.N. Liu, S.T. Wu, “Introduction to Flat Panel Displays”, Wiley, 2008.
• P. Yeh and C. Gu, “Optics of liquid crystal displays”, 2nd Edition, Wiley, 2009.
• L. Pavesi, G. Guillot, “Optical Interconnects. The Silicon Approach.”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente (disponibili sul sito web)

Il modulo fornisce allo studente un adeguato supporto formativo per quanto riguarda simulazioni numeriche agli elementi finiti con modelli di letteratura di dispositivi elettronici sia per esigenze R&D che di processi di produzione di interesse delle nanotecnologie elettroniche.

Durante il corso vengono anche fornite adeguate informazioni di base sulle principali tecniche di caratterizzazione elettrica su componenti nanometrici integrati su wafer.

In particolare il corso ha l’obiettivo di fornire al laureato magistrale in ingegneria delle nanotecnologie industriali le necessarie conoscenze per consentirgli la scelta delle tecniche e delle metodologie di nanocaratterizzazione elettronica ottimali all’interno dei processi e procedure che sarà chiamato a definire/progettare nell’ambito del suo profilo professionale.

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Il modulo fornisce allo studente un adeguato supporto formativo per quanto riguarda simulazioni numeriche agli elementi finiti con modelli di letteratura di dispositivi elettronici sia per esigenze R&D che di processi di produzione di interesse delle nanotecnologie elettroniche.

Durante il corso vengono anche fornite adeguate informazioni di base sulle principali tecniche di caratterizzazione elettrica su componenti nanometrici integrati su wafer.

In particolare il corso ha l’obiettivo di fornire al laureato magistrale in ingegneria delle nanotecnologie industriali le necessarie conoscenze per consentirgli la scelta delle tecniche e delle metodologie di nanocaratterizzazione elettronica ottimali all’interno dei processi e procedure che sarà chiamato a definire/progettare nell’ambito del suo profilo professionale.

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
N/D
Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
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Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
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Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
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Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
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Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
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Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
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Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
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Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
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Modulo: MODULO II NANOELECTRONIC DEVICE CHARACTERIZATION
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Modulo: MODULO I NANOELECTRONICS LABORATORY
N/D

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i

dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni

analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza,

riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di

misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori,

accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde

più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide

d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori

direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a

caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con

analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre

condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, e aiutano gli studenti a migliorare lo spirito

collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono

l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i

dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni

analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza,

riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di

misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori,

accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde

più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide

d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori

direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a

caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con

analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre

condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, e aiutano gli studenti a migliorare lo spirito

collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono

l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Impostare in modo sistematico e formalizzato il flusso di progetto , realizzazione e validazione di un sistema digitale.

Acquisire requisiti e specifiche. Determinare l'architettura di sistema dal punto di vista HW e SW e scegliere componenti commerciali.

Interfacciare sensori e attuatori analogici e digitali e programmare un microcontrollore.

Validare il sistema realizzato e presentare una relazione tecnica.

Capacità di effettuare misure su componenti a RF (anche con segnali modulati) attraverso Analizzatore di Spettro e Analizzatore di Reti .

Comprensione dell’effetto dei disturbi nel contesto delle modulazioni numeriche, bluetooth e Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
1. Conoscenza e comprensione:

a. Dimostrare una conoscenza approfondita dei principi fondamentali delle microonde, inclusi concetti come riflessione, trasmissione, impedenza, e propagazione delle onde elettromagnetiche a microonde.

b. Comprendere i principi di funzionamento degli analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro, nonché le tecniche di misurazione specifiche legate alle microonde.

2. Abilità di laboratorio:

a. Acquisire competenze pratiche nell'uso di strumentazione specifica per la misura di segnali a microonde, inclusi analizzatori di reti vettoriali e analizzatori di spettro.

b. Condurre esperimenti di laboratorio che coinvolgono la caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde, interpretando accuratamente i risultati ottenuti.

3. Capacità di analisi e interpretazione:

a. Essere in grado di analizzare e interpretare dati di misura complessi, compresi parametri S, diagrammi di Smith, spettrogrammi e altre informazioni specifiche alle misure a microonde.

b. Valutare le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti a microonde sulla base delle misure effettuate e identificare eventuali problemi o discrepanze.

4. Abilità comunicative:

a. Comunicare chiaramente i risultati delle misure e delle analisi, sia in forma scritta che orale, utilizzando terminologia tecnica appropriata.

b. Presentare in modo efficace i rapporti di laboratorio e le relazioni sulle misure effettuate.

5. Abilità di problem-solving:

a. Applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi pratici legati alle misure a microonde e alle prestazioni dei dispositivi elettronici a microonde.

b. Saper adattare le strategie di misura in risposta a situazioni complesse o inaspettate nel laboratorio.

6. Abilità di apprendimento autonomo:

a. Dimostrare la capacità di apprendere autonomamente attraverso la ricerca indipendente e la consultazione di risorse aggiuntive per approfondire la comprensione delle misure a microonde.

7. Abilità di progettazione e ottimizzazione:

a. Essere in grado di utilizzare le informazioni raccolte dalle misure a microonde per progettare, ottimizzare e migliorare i dispositivi elettronici a microonde.

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Impostare in modo sistematico e formalizzato il flusso di progetto , realizzazione e validazione di un sistema digitale.

Acquisire requisiti e specifiche. Determinare l'architettura di sistema dal punto di vista HW e SW e scegliere componenti commerciali.

Interfacciare sensori e attuatori analogici e digitali e programmare un microcontrollore.

Validare il sistema realizzato e presentare una relazione tecnica.

Capacità di effettuare misure su componenti a RF (anche con segnali modulati) attraverso Analizzatore di Spettro e Analizzatore di Reti .

Comprensione dell’effetto dei disturbi nel contesto delle modulazioni numeriche, bluetooth e Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
1. Conoscenza e comprensione:

a. Dimostrare una conoscenza approfondita dei principi fondamentali delle microonde, inclusi concetti come riflessione, trasmissione, impedenza, e propagazione delle onde elettromagnetiche a microonde.

b. Comprendere i principi di funzionamento degli analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro, nonché le tecniche di misurazione specifiche legate alle microonde.

2. Abilità di laboratorio:

a. Acquisire competenze pratiche nell'uso di strumentazione specifica per la misura di segnali a microonde, inclusi analizzatori di reti vettoriali e analizzatori di spettro.

b. Condurre esperimenti di laboratorio che coinvolgono la caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde, interpretando accuratamente i risultati ottenuti.

3. Capacità di analisi e interpretazione:

a. Essere in grado di analizzare e interpretare dati di misura complessi, compresi parametri S, diagrammi di Smith, spettrogrammi e altre informazioni specifiche alle misure a microonde.

b. Valutare le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti a microonde sulla base delle misure effettuate e identificare eventuali problemi o discrepanze.

4. Abilità comunicative:

a. Comunicare chiaramente i risultati delle misure e delle analisi, sia in forma scritta che orale, utilizzando terminologia tecnica appropriata.

b. Presentare in modo efficace i rapporti di laboratorio e le relazioni sulle misure effettuate.

5. Abilità di problem-solving:

a. Applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi pratici legati alle misure a microonde e alle prestazioni dei dispositivi elettronici a microonde.

b. Saper adattare le strategie di misura in risposta a situazioni complesse o inaspettate nel laboratorio.

6. Abilità di apprendimento autonomo:

a. Dimostrare la capacità di apprendere autonomamente attraverso la ricerca indipendente e la consultazione di risorse aggiuntive per approfondire la comprensione delle misure a microonde.

7. Abilità di progettazione e ottimizzazione:

a. Essere in grado di utilizzare le informazioni raccolte dalle misure a microonde per progettare, ottimizzare e migliorare i dispositivi elettronici a microonde.

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Requisiti di utente, requisiti di sistema, specifiche. Relazione tecnica.

Architettura di un sistema immerso: unità di calcolo, acceleratori hardware, reti e bus, sensori, attuatori, conversione A/D D/A, interfacciamento, alimentazione.

Ricerca di mercato e scelta di componenti commerciali (COTS).

Programmazione di microcontrollori

Validazione del sistema e test

Misure di IP3 su amplificatori, mixer, e catene riceventi

Caratterizzazione di un VCO

Misure su segnali modulati in ampiezza e frequenza

Modulazioni QAM su canale equivalente di banda base

Sistemi Bluetooth

Sistemi Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Rapporto fra la descrizione di reti a microonde con parametri S e costanti concentrate.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecniche di calibrazione SOLT, TRL, misure nel dominio del tempo dirette ed indirette, filtraggio temporale (gating). ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misura di modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE DI CAMPO: misuratori di radiazione, misuratori di campo elettrico, misuratori di campo magnetico, misure di campo a banda larga, misure di campo a banda stretta.

LABORATORIO

Misure, utilizzando il VNA, di

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne;
• dispositivi a 2-porte: attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza, circolatori;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo

Misure, utilizzando lo SA, di

• oscillatori
• segnali modulati
• campo a banda stretta.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II

• Amplificatore in compressione
• modulazioni analogiche
• modulazioni numeriche
• Wi-Fi e Bluetooth

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
N/D

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Requisiti di utente, requisiti di sistema, specifiche. Relazione tecnica.

Architettura di un sistema immerso: unità di calcolo, acceleratori hardware, reti e bus, sensori, attuatori, conversione A/D D/A, interfacciamento, alimentazione.

Ricerca di mercato e scelta di componenti commerciali (COTS).

Programmazione di microcontrollori

Validazione del sistema e test

Misure di IP3 su amplificatori, mixer, e catene riceventi

Caratterizzazione di un VCO

Misure su segnali modulati in ampiezza e frequenza

Modulazioni QAM su canale equivalente di banda base

Sistemi Bluetooth

Sistemi Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Rapporto fra la descrizione di reti a microonde con parametri S e costanti concentrate.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecniche di calibrazione SOLT, TRL, misure nel dominio del tempo dirette ed indirette, filtraggio temporale (gating). ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misura di modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE DI CAMPO: misuratori di radiazione, misuratori di campo elettrico, misuratori di campo magnetico, misure di campo a banda larga, misure di campo a banda stretta.

LABORATORIO

Misure, utilizzando il VNA, di

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne;
• dispositivi a 2-porte: attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza, circolatori;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo

Misure, utilizzando lo SA, di

• oscillatori
• segnali modulati
• campo a banda stretta.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II

• Amplificatore in compressione
• modulazioni analogiche
• modulazioni numeriche
• Wi-Fi e Bluetooth

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
N/D

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Presentazione di una relazione tecnica sul progetto sviluppato e dimostrazione pratica del suo funzionamento.

Presentazione di una relazione tecnica sulle misure effettuate

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Prova pratica individuale

Relazioni di gruppo per le 8 esperienze di laboratorio

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Presentazione di una relazione tecnica sul progetto sviluppato e dimostrazione pratica del suo funzionamento.

Presentazione di una relazione tecnica sulle misure effettuate

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Prova pratica individuale

Relazioni di gruppo per le 8 esperienze di laboratorio

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
documentazione tecnica fornita dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
N/D
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
documentazione tecnica fornita dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
N/D
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i

dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni

analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza,

riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di

misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori,

accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde

più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide

d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori

direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a

caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con

analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre

condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, e aiutano gli studenti a migliorare lo spirito

collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono

l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Impostare in modo sistematico e formalizzato il flusso di progetto , realizzazione e validazione di un sistema digitale.

Acquisire requisiti e specifiche. Determinare l'architettura di sistema dal punto di vista HW e SW e scegliere componenti commerciali.

Interfacciare sensori e attuatori analogici e digitali e programmare un microcontrollore.

Validare il sistema realizzato e presentare una relazione tecnica.

Capacità di effettuare misure su componenti a RF (anche con segnali modulati) attraverso Analizzatore di Spettro e Analizzatore di Reti .

Comprensione dell’effetto dei disturbi nel contesto delle modulazioni numeriche, bluetooth e Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
1. Conoscenza e comprensione:

a. Dimostrare una conoscenza approfondita dei principi fondamentali delle microonde, inclusi concetti come riflessione, trasmissione, impedenza, e propagazione delle onde elettromagnetiche a microonde.

b. Comprendere i principi di funzionamento degli analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro, nonché le tecniche di misurazione specifiche legate alle microonde.

2. Abilità di laboratorio:

a. Acquisire competenze pratiche nell'uso di strumentazione specifica per la misura di segnali a microonde, inclusi analizzatori di reti vettoriali e analizzatori di spettro.

b. Condurre esperimenti di laboratorio che coinvolgono la caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde, interpretando accuratamente i risultati ottenuti.

3. Capacità di analisi e interpretazione:

a. Essere in grado di analizzare e interpretare dati di misura complessi, compresi parametri S, diagrammi di Smith, spettrogrammi e altre informazioni specifiche alle misure a microonde.

b. Valutare le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti a microonde sulla base delle misure effettuate e identificare eventuali problemi o discrepanze.

4. Abilità comunicative:

a. Comunicare chiaramente i risultati delle misure e delle analisi, sia in forma scritta che orale, utilizzando terminologia tecnica appropriata.

b. Presentare in modo efficace i rapporti di laboratorio e le relazioni sulle misure effettuate.

5. Abilità di problem-solving:

a. Applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi pratici legati alle misure a microonde e alle prestazioni dei dispositivi elettronici a microonde.

b. Saper adattare le strategie di misura in risposta a situazioni complesse o inaspettate nel laboratorio.

6. Abilità di apprendimento autonomo:

a. Dimostrare la capacità di apprendere autonomamente attraverso la ricerca indipendente e la consultazione di risorse aggiuntive per approfondire la comprensione delle misure a microonde.

7. Abilità di progettazione e ottimizzazione:

a. Essere in grado di utilizzare le informazioni raccolte dalle misure a microonde per progettare, ottimizzare e migliorare i dispositivi elettronici a microonde.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Requisiti di utente, requisiti di sistema, specifiche. Relazione tecnica.

Architettura di un sistema immerso: unità di calcolo, acceleratori hardware, reti e bus, sensori, attuatori, conversione A/D D/A, interfacciamento, alimentazione.

Ricerca di mercato e scelta di componenti commerciali (COTS).

Programmazione di microcontrollori

Validazione del sistema e test

Misure di IP3 su amplificatori, mixer, e catene riceventi

Caratterizzazione di un VCO

Misure su segnali modulati in ampiezza e frequenza

Modulazioni QAM su canale equivalente di banda base

Sistemi Bluetooth

Sistemi Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Rapporto fra la descrizione di reti a microonde con parametri S e costanti concentrate.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecniche di calibrazione SOLT, TRL, misure nel dominio del tempo dirette ed indirette, filtraggio temporale (gating). ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misura di modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE DI CAMPO: misuratori di radiazione, misuratori di campo elettrico, misuratori di campo magnetico, misure di campo a banda larga, misure di campo a banda stretta.

LABORATORIO

Misure, utilizzando il VNA, di

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne;
• dispositivi a 2-porte: attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza, circolatori;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo

Misure, utilizzando lo SA, di

• oscillatori
• segnali modulati
• campo a banda stretta.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II

• Amplificatore in compressione
• modulazioni analogiche
• modulazioni numeriche
• Wi-Fi e Bluetooth

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
N/D

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Presentazione di una relazione tecnica sul progetto sviluppato e dimostrazione pratica del suo funzionamento.

Presentazione di una relazione tecnica sulle misure effettuate

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Prova pratica individuale

Relazioni di gruppo per le 8 esperienze di laboratorio

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
documentazione tecnica fornita dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
N/D
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i

dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni

analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza,

riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di

misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori,

accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde

più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide

d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori

direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a

caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con

analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre

condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, e aiutano gli studenti a migliorare lo spirito

collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono

l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Impostare in modo sistematico e formalizzato il flusso di progetto , realizzazione e validazione di un sistema digitale.

Acquisire requisiti e specifiche. Determinare l'architettura di sistema dal punto di vista HW e SW e scegliere componenti commerciali.

Interfacciare sensori e attuatori analogici e digitali e programmare un microcontrollore.

Validare il sistema realizzato e presentare una relazione tecnica.

Capacità di effettuare misure su componenti a RF (anche con segnali modulati) attraverso Analizzatore di Spettro e Analizzatore di Reti .

Comprensione dell’effetto dei disturbi nel contesto delle modulazioni numeriche, bluetooth e Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
1. Conoscenza e comprensione:

a. Dimostrare una conoscenza approfondita dei principi fondamentali delle microonde, inclusi concetti come riflessione, trasmissione, impedenza, e propagazione delle onde elettromagnetiche a microonde.

b. Comprendere i principi di funzionamento degli analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro, nonché le tecniche di misurazione specifiche legate alle microonde.

2. Abilità di laboratorio:

a. Acquisire competenze pratiche nell'uso di strumentazione specifica per la misura di segnali a microonde, inclusi analizzatori di reti vettoriali e analizzatori di spettro.

b. Condurre esperimenti di laboratorio che coinvolgono la caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde, interpretando accuratamente i risultati ottenuti.

3. Capacità di analisi e interpretazione:

a. Essere in grado di analizzare e interpretare dati di misura complessi, compresi parametri S, diagrammi di Smith, spettrogrammi e altre informazioni specifiche alle misure a microonde.

b. Valutare le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti a microonde sulla base delle misure effettuate e identificare eventuali problemi o discrepanze.

4. Abilità comunicative:

a. Comunicare chiaramente i risultati delle misure e delle analisi, sia in forma scritta che orale, utilizzando terminologia tecnica appropriata.

b. Presentare in modo efficace i rapporti di laboratorio e le relazioni sulle misure effettuate.

5. Abilità di problem-solving:

a. Applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi pratici legati alle misure a microonde e alle prestazioni dei dispositivi elettronici a microonde.

b. Saper adattare le strategie di misura in risposta a situazioni complesse o inaspettate nel laboratorio.

6. Abilità di apprendimento autonomo:

a. Dimostrare la capacità di apprendere autonomamente attraverso la ricerca indipendente e la consultazione di risorse aggiuntive per approfondire la comprensione delle misure a microonde.

7. Abilità di progettazione e ottimizzazione:

a. Essere in grado di utilizzare le informazioni raccolte dalle misure a microonde per progettare, ottimizzare e migliorare i dispositivi elettronici a microonde.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Requisiti di utente, requisiti di sistema, specifiche. Relazione tecnica.

Architettura di un sistema immerso: unità di calcolo, acceleratori hardware, reti e bus, sensori, attuatori, conversione A/D D/A, interfacciamento, alimentazione.

Ricerca di mercato e scelta di componenti commerciali (COTS).

Programmazione di microcontrollori

Validazione del sistema e test

Misure di IP3 su amplificatori, mixer, e catene riceventi

Caratterizzazione di un VCO

Misure su segnali modulati in ampiezza e frequenza

Modulazioni QAM su canale equivalente di banda base

Sistemi Bluetooth

Sistemi Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Rapporto fra la descrizione di reti a microonde con parametri S e costanti concentrate.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecniche di calibrazione SOLT, TRL, misure nel dominio del tempo dirette ed indirette, filtraggio temporale (gating). ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misura di modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE DI CAMPO: misuratori di radiazione, misuratori di campo elettrico, misuratori di campo magnetico, misure di campo a banda larga, misure di campo a banda stretta.

LABORATORIO

Misure, utilizzando il VNA, di

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne;
• dispositivi a 2-porte: attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza, circolatori;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo

Misure, utilizzando lo SA, di

• oscillatori
• segnali modulati
• campo a banda stretta.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II

• Amplificatore in compressione
• modulazioni analogiche
• modulazioni numeriche
• Wi-Fi e Bluetooth

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
N/D

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Presentazione di una relazione tecnica sul progetto sviluppato e dimostrazione pratica del suo funzionamento.

Presentazione di una relazione tecnica sulle misure effettuate

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Prova pratica individuale

Relazioni di gruppo per le 8 esperienze di laboratorio

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
documentazione tecnica fornita dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
N/D
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i

dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni

analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza,

riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di

misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori,

accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde

più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide

d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori

direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a

caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con

analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre

condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, e aiutano gli studenti a migliorare lo spirito

collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono

l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Impostare in modo sistematico e formalizzato il flusso di progetto , realizzazione e validazione di un sistema digitale.

Acquisire requisiti e specifiche. Determinare l'architettura di sistema dal punto di vista HW e SW e scegliere componenti commerciali.

Interfacciare sensori e attuatori analogici e digitali e programmare un microcontrollore.

Validare il sistema realizzato e presentare una relazione tecnica.

Capacità di effettuare misure su componenti a RF (anche con segnali modulati) attraverso Analizzatore di Spettro e Analizzatore di Reti .

Comprensione dell’effetto dei disturbi nel contesto delle modulazioni numeriche, bluetooth e Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
1. Conoscenza e comprensione:

a. Dimostrare una conoscenza approfondita dei principi fondamentali delle microonde, inclusi concetti come riflessione, trasmissione, impedenza, e propagazione delle onde elettromagnetiche a microonde.

b. Comprendere i principi di funzionamento degli analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro, nonché le tecniche di misurazione specifiche legate alle microonde.

2. Abilità di laboratorio:

a. Acquisire competenze pratiche nell'uso di strumentazione specifica per la misura di segnali a microonde, inclusi analizzatori di reti vettoriali e analizzatori di spettro.

b. Condurre esperimenti di laboratorio che coinvolgono la caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde, interpretando accuratamente i risultati ottenuti.

3. Capacità di analisi e interpretazione:

a. Essere in grado di analizzare e interpretare dati di misura complessi, compresi parametri S, diagrammi di Smith, spettrogrammi e altre informazioni specifiche alle misure a microonde.

b. Valutare le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti a microonde sulla base delle misure effettuate e identificare eventuali problemi o discrepanze.

4. Abilità comunicative:

a. Comunicare chiaramente i risultati delle misure e delle analisi, sia in forma scritta che orale, utilizzando terminologia tecnica appropriata.

b. Presentare in modo efficace i rapporti di laboratorio e le relazioni sulle misure effettuate.

5. Abilità di problem-solving:

a. Applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi pratici legati alle misure a microonde e alle prestazioni dei dispositivi elettronici a microonde.

b. Saper adattare le strategie di misura in risposta a situazioni complesse o inaspettate nel laboratorio.

6. Abilità di apprendimento autonomo:

a. Dimostrare la capacità di apprendere autonomamente attraverso la ricerca indipendente e la consultazione di risorse aggiuntive per approfondire la comprensione delle misure a microonde.

7. Abilità di progettazione e ottimizzazione:

a. Essere in grado di utilizzare le informazioni raccolte dalle misure a microonde per progettare, ottimizzare e migliorare i dispositivi elettronici a microonde.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Requisiti di utente, requisiti di sistema, specifiche. Relazione tecnica.

Architettura di un sistema immerso: unità di calcolo, acceleratori hardware, reti e bus, sensori, attuatori, conversione A/D D/A, interfacciamento, alimentazione.

Ricerca di mercato e scelta di componenti commerciali (COTS).

Programmazione di microcontrollori

Validazione del sistema e test

Misure di IP3 su amplificatori, mixer, e catene riceventi

Caratterizzazione di un VCO

Misure su segnali modulati in ampiezza e frequenza

Modulazioni QAM su canale equivalente di banda base

Sistemi Bluetooth

Sistemi Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Rapporto fra la descrizione di reti a microonde con parametri S e costanti concentrate.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecniche di calibrazione SOLT, TRL, misure nel dominio del tempo dirette ed indirette, filtraggio temporale (gating). ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misura di modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE DI CAMPO: misuratori di radiazione, misuratori di campo elettrico, misuratori di campo magnetico, misure di campo a banda larga, misure di campo a banda stretta.

LABORATORIO

Misure, utilizzando il VNA, di

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne;
• dispositivi a 2-porte: attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza, circolatori;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo

Misure, utilizzando lo SA, di

• oscillatori
• segnali modulati
• campo a banda stretta.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II

• Amplificatore in compressione
• modulazioni analogiche
• modulazioni numeriche
• Wi-Fi e Bluetooth

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
N/D

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Presentazione di una relazione tecnica sul progetto sviluppato e dimostrazione pratica del suo funzionamento.

Presentazione di una relazione tecnica sulle misure effettuate

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Prova pratica individuale

Relazioni di gruppo per le 8 esperienze di laboratorio

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
documentazione tecnica fornita dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
N/D
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il modulo affronta i fondamenti delle misure a microonde per caratterizzare i

dispositivi comunemente usati in una rete a microonde. Sono descritte sia la struttura che il funzionamento dei moderni

analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro oltre che varie tecniche di misura (risposta in frequenza,

riflettometria nel dominio del tempo). Si discutono anche le tecniche di calibrazione e la valutazione dell’incertezza di

misura. Sono previste svariate prove di laboratorio per la misura di componenti tipici quali filtri, attenuatori, divisori,

accoppiatori direzionali, amplificatori, oscillatori, strutture guidanti, risonatori ed antenne.

CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di misure i dispositivi a microonde

più comuni sia a 1-porta (e.g. elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne), sia a 2-porte (e.g. attenuatori, cavi, guide

d’onda, filtri e amplificatori), sia a 3-porte (e.g. divisori di potenza, circolatori) che a 4-porte (e.g. accoppiatori

direzionali). Gli studenti saranno in grado di scegliere tanto lo strumento che la sua configurazione più adatta a

caratterizzare il dispositivo con l’incertezza richiesta dalla misura. Infine gli studenti prenderanno confidenza con

analizzatori di rete vettoriali e analizzatori di spettro allo stato dell’arte.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività di laboratorio richiedono agli studenti autonomia di giudizio anche se sono sempre

condotto sotto la supervisione dei professori.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Le attività di laboratorio sono in gruppo, e aiutano gli studenti a migliorare lo spirito

collaborativo e la comunicazione. Ogni esperienza è poi documentata da un rapporto scientifico.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Le attività di laboratorio in piccoli gruppi (fino a 3-4 studenti) permettono

l’approfondimento delle conoscenze, anche grazie all’interazione con gli altri membri del gruppo.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Impostare in modo sistematico e formalizzato il flusso di progetto , realizzazione e validazione di un sistema digitale.

Acquisire requisiti e specifiche. Determinare l'architettura di sistema dal punto di vista HW e SW e scegliere componenti commerciali.

Interfacciare sensori e attuatori analogici e digitali e programmare un microcontrollore.

Validare il sistema realizzato e presentare una relazione tecnica.

Capacità di effettuare misure su componenti a RF (anche con segnali modulati) attraverso Analizzatore di Spettro e Analizzatore di Reti .

Comprensione dell’effetto dei disturbi nel contesto delle modulazioni numeriche, bluetooth e Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
1. Conoscenza e comprensione:

a. Dimostrare una conoscenza approfondita dei principi fondamentali delle microonde, inclusi concetti come riflessione, trasmissione, impedenza, e propagazione delle onde elettromagnetiche a microonde.

b. Comprendere i principi di funzionamento degli analizzatori di reti vettoriali e degli analizzatori di spettro, nonché le tecniche di misurazione specifiche legate alle microonde.

2. Abilità di laboratorio:

a. Acquisire competenze pratiche nell'uso di strumentazione specifica per la misura di segnali a microonde, inclusi analizzatori di reti vettoriali e analizzatori di spettro.

b. Condurre esperimenti di laboratorio che coinvolgono la caratterizzazione di componenti e circuiti a microonde, interpretando accuratamente i risultati ottenuti.

3. Capacità di analisi e interpretazione:

a. Essere in grado di analizzare e interpretare dati di misura complessi, compresi parametri S, diagrammi di Smith, spettrogrammi e altre informazioni specifiche alle misure a microonde.

b. Valutare le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti a microonde sulla base delle misure effettuate e identificare eventuali problemi o discrepanze.

4. Abilità comunicative:

a. Comunicare chiaramente i risultati delle misure e delle analisi, sia in forma scritta che orale, utilizzando terminologia tecnica appropriata.

b. Presentare in modo efficace i rapporti di laboratorio e le relazioni sulle misure effettuate.

5. Abilità di problem-solving:

a. Applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi pratici legati alle misure a microonde e alle prestazioni dei dispositivi elettronici a microonde.

b. Saper adattare le strategie di misura in risposta a situazioni complesse o inaspettate nel laboratorio.

6. Abilità di apprendimento autonomo:

a. Dimostrare la capacità di apprendere autonomamente attraverso la ricerca indipendente e la consultazione di risorse aggiuntive per approfondire la comprensione delle misure a microonde.

7. Abilità di progettazione e ottimizzazione:

a. Essere in grado di utilizzare le informazioni raccolte dalle misure a microonde per progettare, ottimizzare e migliorare i dispositivi elettronici a microonde.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Requisiti di utente, requisiti di sistema, specifiche. Relazione tecnica.

Architettura di un sistema immerso: unità di calcolo, acceleratori hardware, reti e bus, sensori, attuatori, conversione A/D D/A, interfacciamento, alimentazione.

Ricerca di mercato e scelta di componenti commerciali (COTS).

Programmazione di microcontrollori

Validazione del sistema e test

Misure di IP3 su amplificatori, mixer, e catene riceventi

Caratterizzazione di un VCO

Misure su segnali modulati in ampiezza e frequenza

Modulazioni QAM su canale equivalente di banda base

Sistemi Bluetooth

Sistemi Wi-Fi

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
FONDAMENTI DI MISURE A MICROONDE: Richiami sulle grandezze e i parametri caratteristici dei circuiti a microonde, richiami sulla teoria per la valutazione dell’incertezza delle misure. Rapporto fra la descrizione di reti a microonde con parametri S e costanti concentrate.

ANALIZZATORE DI RETI: Analizzatore di reti scalare e vettoriale (VNA) struttura e funzionamento, calibrazione dell’analizzatore di reti, tecniche di calibrazione SOLT, TRL, misure nel dominio del tempo dirette ed indirette, filtraggio temporale (gating). ANALIZZATORE DI SPETTRO: struttura e funzionamento, parametri degli analizzatori di spettro.

MISURE SU RISONATORI: misura di modi in cavità, fattore di qualità ed accoppiamento.

MISURE DI CAMPO: misuratori di radiazione, misuratori di campo elettrico, misuratori di campo magnetico, misure di campo a banda larga, misure di campo a banda stretta.

LABORATORIO

Misure, utilizzando il VNA, di

• dispositivi a 1-porta: elementi concentrati R-L-C, risonatori, antenne;
• dispositivi a 2-porte: attenuatori, cavi, guide d’onda, filtri e amplificatori;
• dispositivi a 3-porte: divisori di potenza, circolatori;
• dispositivi a 4-porte: accoppiatori direzionali;
• riflettometria nel dominio del tempo

Misure, utilizzando lo SA, di

• oscillatori
• segnali modulati
• campo a banda stretta.

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II

• Amplificatore in compressione
• modulazioni analogiche
• modulazioni numeriche
• Wi-Fi e Bluetooth

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
N/D

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
Presentazione di una relazione tecnica sul progetto sviluppato e dimostrazione pratica del suo funzionamento.

Presentazione di una relazione tecnica sulle misure effettuate

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Prova pratica individuale

Relazioni di gruppo per le 8 esperienze di laboratorio

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
documentazione tecnica fornita dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS II
N/D
Modulo: MULTIDISCIPLINARY LABORATORY OF ELECTRONICS I
Note distribuite dal docente

Il modulo fornisce allo studente un adeguato supporto formativo per quanto riguarda simulazioni numeriche agli elementi finiti con modelli di letteratura di dispositivi elettronici sia per esigenze R&D che di processi di produzione di interesse delle nanotecnologie elettroniche.

Durante il corso vengono anche fornite adeguate informazioni di base sulle principali tecniche di caratterizzazione elettrica su componenti nanometrici integrati su wafer.

In particolare il corso ha l’obiettivo di fornire al laureato magistrale in ingegneria delle nanotecnologie industriali le necessarie conoscenze per consentirgli la scelta delle tecniche e delle metodologie di nanocaratterizzazione elettronica ottimali all’interno dei processi e procedure che sarà chiamato a definire/progettare nell’ambito del suo profilo professionale.

Il corso ha come obiettivo di far acquisire conoscenze approfondite sulla luce, sul suo comportamento e sui principali componenti e dispositivi ottici atti alla sua elaborazione.

Le lezioni sono quindi rivolte ad approfondire la conoscenza della propagazione della luce come onde, analizzando i fenomeni dell'interferenza e della diffrazione.

Saranno analizzati, in regime di ottica geometrica, i principali componenti ottici ed attivi nonchè le proprietà dell'ottica guidata. Saranno dati elementi per effettuare una progettazione ottica avanzata.

I frequentanti il corso di Optics impareranno la fisica della luce e la dipendenza dei fenomeni luminosi dalla natura ondulatoria del campo elettro-magnetico.

Lo studente dovrà essere in grado di:

Comprendere in modo approfondito i principi fondamentali dell’ottica geometrica e fisica. Conoscere le leggi che governano la propagazione, interferenza, diffrazione e polarizzazione della luce. Avere familiarità con i materiali ottici, inclusi cristalli non lineari, fibre ottiche.

Comprendere i principi di funzionamento dei principali strumenti e sistemi ottici, sia classici sia moderni (microscopi, spettrometri, interferometri).

Onde elettromagnetiche e luce

Equazioni di Maxwell ed equazione delle onde EM. Onde sferiche e piane. Frequenze e lunghezze d'onda delle onde EM. Interpretazione microscopica dell'indice di rifrazione. Polarizzazione attiva e reattiva e indice di rifrazione complesso. Equazione di Sellmeyer per la dispersione dell'indice di rifrazione. Numero di Abbe e spazio di Abbe per i vetri. Vettore di Poynting ed energia luminosa. Quantità illuminotecniche.

Riflessione e rifrazione

Principio di Fermat di "minima azione " e leggi di Snell. Coefficienti di Fresnel. Angolo critico e regime di riflessione totale. Onde evanescenti e sfasamento di Goos-Hänchen. Interpretazione geometrica di fibre ottiche e guide d'onda.

Ottica geometrica

Approssimazione della lunghezza d'onda corta. Riflessione e specchi. Rifrazione e superfici diottriche. Lenti sottili. Lenti spesse e piani principali. Sistemi ottici centrati. Pupille / stop / numero f / apertura numerica. Vignettatura e legge del coseno alla quarta potenza. Principali aberrazioni ottiche. Aberrazione cromatica e doppietto acromatico. Sistemi rifrattivi fondamentali. Tracciamento dei raggi e matrici ABCD.

Interferenza e interferometri

Interferenza di 2 onde co-propaganti. Onde battenti. Onde e impulsi continui. Velocità di fase e di gruppo. Interferenza spaziale e temporale. L'esperimento di Young. Interferenza di 2 onde contro-propaganti: onde stazionarie e risonatori. Risonatore Fabry-Perot. Fibre ottiche come risonatori trasversali. Sistemi interferenti multistrato. Progettazione di specchi dielettrici e filtri passa banda. Interferometri di Michelson e MachZehnder.

Diffrazione

Principio e integrale di Huygens-Fresnel. Regime di campo vicino e Integrale di Fresnel. Campo lontano e integrale di Fraunhofer. Diffrazione da una fenditura. Limite di focalizzazione di una lente. Diffrazione da uno stop. Diffrazione da un reticolo. Reticoli armonici e anarmonici. Nano-ottica.

Ottica dei mezzi anisotropi

Cristalli anisotropi. Indice ellissoide. Cristalli uniassiali e biassiali. Dicroismo. Lamine di ritardo.

Ottica nonlineare

Risposta nonlineare. Oscillatore anarmonico. Effetti del secondo ordine. Il tensore ottico nonlineare. Generazione di armonica ottica. Effetti parametrici. L'effetto elettro-ottico di Pockels. Modulatori elettro-ottici. Fotorefrattività e strutture ottiche autoassemblanti. Solitoni spaziali e guide d'onda solitoniche. Sistemi intelligenti, machine learning e intelligenza artificiale fotonica.

Sarà valutata la capacità dello studente di ragionare sulle onde elettromagnetiche, di aver compreso i principali fenomeni della luce e saper discriminare tra loro in un caso reale presentato. La prova valutativa è composta da un colloquio orale.

M. Born & E. Wolf, Principles of Optics, Pergamon Press

F. Gori, Elementi di Ottica, Accademia

K.D. Moller, Optics, Springer

G. Chartier, Introduction to Optics, Springer

ITA

GENERALI

Il corso si propone di fornire agli studenti una solida preparazione teorica e pratica sulle tecniche di Pattern Recognition, con particolare attenzione alla classificazione e al clustering anche in domini non algebrici e al modellamento del linguaggio naturale per mezzo di architetture neurali Transformers. Al termine del percorso formativo, gli studenti saranno in grado di comprendere e interpretare in modo critico testi scientifici avanzati nel settore, acquisendo così una conoscenza approfondita delle metodologie più attuali. Saranno inoltre capaci di applicare autonomamente gli algoritmi e i principi appresi per progettare sistemi di Pattern Recognition in ambiti multidisciplinari, scegliendo consapevolmente l’approccio più adatto in base ai requisiti specifici del problema. Il corso mira a sviluppare anche competenze trasversali: gli studenti impareranno a documentare in modo efficace il proprio lavoro tramite relazioni tecniche e presentazioni, comunicando in modo chiaro risultati, metodologie e prestazioni. Infine, è obiettivo centrale del corso stimolare un’attitudine all’apprendimento continuo, indispensabile per aggiornare le competenze in un contesto come quello dell’ICT, in costante evoluzione.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Sono forniti i principi di base sulle tecniche di Pattern Recognition, classificazione e clustering su domini non necessariamente algebrici. Gli studenti che passano la prova finale saranno in grado di leggere e comprendere testi ed articoli su argomenti avanzati nell’ambito del Pattern Recognition.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti che passano la prova finale saranno in grado di applicare i principi metodologici e gli algoritmi studiati per la progettazione di innovativi sistemi di Pattern Recognition, in contesti multidisciplinari.
• Autonomia di giudizio: Gli studenti che passano la prova finale saranno in grado di analizzare i requisiti di progettazione e di scegliere il sistema di classificazione che meglio si adatta al caso di studio.
• Abilità comunicative: Gli studenti che passano la prova finale saranno in grado di compilare un rapporto tecnico e di costruire una opportuna presentazione inerente a un qualunque lavoro di progettazione, sviluppo e misura di prestazioni di un sistema di Pattern Recognition.
• Capacità di apprendimento: Gli studenti che passano la prova finale saranno in grado di proseguire in autonomia l’approfondimento dei temi trattati a lezione, realizzando il necessario processo di apprendimento continuo che caratterizza la professionalità in ambito ICT.

Caratteristiche della prova finale La prova finale consiste nella discussione della tesi di laurea e comporta l'acquisizione di 20 crediti. La tesi di laurea è svolta dal candidato sotto la supervisione di un docente del Consiglio d'Area in Ingegneria Elettronica e costituisce un banco di prova per la verifica delle conoscenze acquisite dallo studente e della sua capacità di approfondirle ed applicarle in modo autonomo in un contesto specifico, contribuendo in prima persona all’identificazione di problemi e all’elaborazione e valutazione di soluzioni.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Lo studente acquisirà la conoscenza delle nozioni di base riguardanti la progettazione e l’implementazione di algoritmi quantistici e architetture di calcolo quantistico per l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale, trattando l’apprendimento di circuiti quantistici variazionali e di reti neurali quantistiche. Ciò sarà basato sullo studio di modelli, circuiti e architetture computazionali nella loro universalità, nonché sulla spiegazione delle principali tecniche algoritmiche che sfruttano la fisica quantistica mediante l'astrazione di modelli, per risolvere problemi computazionali complessi. Verranno acquisiti i fondamenti dell’approccio di apprendimento basato sui dati per applicazioni a problemi del mondo reale, con implementazioni specifiche che utilizzano circuiti quantistici e reti neurali quantistiche insieme all'uso di piattaforme software esistenti.

CAPACITÀ APPLICATIVE

Soluzione di problemi relativi a progettazione, implementazione e test di architetture di calcolo quantistico e modelli computazionali di apprendimento automatico quantistico per la soluzione di problemi di apprendimento sia supervisionato sia non supervisionato, come ottimizzazione, predizione, clustering e classificazione, in applicazioni del mondo reale riguardanti il trattamento di segnali, dati e informazione. L'obiettivo principale è fornire allo studente la capacità di comprendere e di ottenere vantaggio quantistico in applicazioni relative a problemi di apprendimento basati sui dati come analisi di serie temporali, calcolo iperdimensionale ed eXplainable AI, considerando diversi domini reali relativi a energia, aerospazio, osservazione della Terra, analisi comportamentale, bioingegneria, finanza, rilevamento delle frodi e così via.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Attraverso una sistematica attività di laboratorio, durante la quale verranno prese in considerazione le metodologie relative alla progettazione e all’implementazione di architetture di calcolo quantistico nonché di modelli di machine learning quantistici come le reti neurali quantistiche, lo studente integrerà le conoscenze acquisite per gestire la complessità dei meccanismi di apprendimento induttivo e i limiti reali imposti dai dispositivi Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) attualmente adottati, anche a partire dalle limitate informazioni dovute all'organizzazione pratica del corso.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE

Le tecnologie quantistiche e gli algoritmi quantistici per il trattamento dell’informazione sono in rapida evoluzione, considerando lo scenario attuale basato sui dispositivi a breve termine e sugli approcci ibridi quantistici-classici. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di comunicare le conoscenze acquisite a interlocutori specialisti e non specialisti negli ambiti di ricerca e di lavoro nei quali svolgerà la successiva attività scientifica e/o professionale, anche tenendo conto delle problematiche tecnologiche e di sviluppo sostenibile.

CAPACITÀ DI APPRENDERE

La metodologia didattica adottata prevede un'attività di studio autonoma e autogestita durante lo sviluppo di compiti monotematici di approfondimento didattico e/o sperimentale, in modo verticale su alcuni specifici argomenti teorici e applicativi utilizzando, per esempio, le risorse quantistiche disponibili in cloud come la Quantum Experience Platform di IBM, oltre a simulatori quantistici come Qiskit, Pennylane e Flax.

L’obiettivo principale del corso è quello di fornire allo studente la conoscenza delle nozioni di base riguardanti la progettazione e l’implementazione di algoritmi quantistici e architetture di calcolo quantistico per l’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale, trattando l’apprendimento di circuiti quantistici variazionali e di reti neurali quantistiche. Saranno considerati i problemi relativi a progettazione, implementazione e test di architetture di calcolo quantistico e modelli computazionali di apprendimento automatico quantistico per la soluzione di problemi di apprendimento sia supervisionato sia non supervisionato, come ottimizzazione, predizione, clustering e classificazione, in applicazioni del mondo reale riguardanti il trattamento di segnali, dati e informazione. Il tutto anche attraverso una sistematica attività di laboratorio, durante la quale verranno prese in considerazione le metodologie relative alla progettazione e all’implementazione di architetture di calcolo quantistico nonché di modelli di machine learning quantistici come le reti neurali quantistiche.

Introduzione al Quantum Computing

Introduzione al calcolo quantistico, formalismi matematici. Data encoding. Trasformazioni unitarie elementari, Quantum Gate Array. Principali algoritmi di ottimizzane quantistica, approcci adiabatici, Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA). Approcci variazionali, Quantum Machine Learning e Quantum Neural Networks. Quantum RNN e Quantum GRU.

Esercitazioni pratiche sul Quantum Computing

Implementazione di algoritmi di deep learning e quantum computing in Python con Qiskit, Pennylane e JAX. Predizione di serie temporali mediante modelli quantistici. Quantum Generative Models e ottimizzazione quantistica su piattaforme cloud.

Richiami sui metodi di apprendimento automatico

Introduzione all'apprendimento automatico e al modellamento data-driven: preparazione dei dati; generalizzazione; regolarizzazione e ottimizzazione strutturale. Panoramica sui metodi principali di clustering e di classificazione; predizione di serie temporali.

Reti neurali e Deep Learning

Panoramica sulle reti neurali ‘shallow’ feed-forward e ricorrenti. Introduzione al Deep Learning, problematiche specifiche e soluzioni (double descent, vanishing/exploding gradient, barren plateau, dropout, ensembling, weight initialization). Reti neurali ‘deep’ feed-forward e ricorrenti. Sistemi generativi e diffusivi (GAN, VAE, etc.).

Introduzione all’Hyperdimensional Computing

Concetti fondamentali del calcolo iperdimensionale: rappresentazione dei dati attraverso vettori ad alta dimensionalità e loro proprietà di distribuzione sparsa e robustezza. Architetture simboliche vettoriali e modelli di calcolo per l'apprendimento e la memoria. Metodi di binding e superposition per la codifica di informazioni complesse. Gestione della memoria associativa e approcci ibridi Quantum-HDC. Strategie di apprendimento basate su HDC per problemi di classificazione, regressione ed eXplainable AI.

Studi di caso

Predizione energetica da fonti rinnovabili, Smart Grid e sistemi energetici distribuiti. Elaborazione di segnali radar, satellitari e multispettrali tramite reti neurali quantistiche. Analisi e progettazione di circuiti digitali complessi con ottimizzazione basata su Quantum e HDC. Implementazione di algoritmi di apprendimento automatico in sistemi embedded HDC. Applicazioni pratiche dell’HDC nei domini dell’ingegneria industriale e dell’informazione, analisi di serie temporali, rilevamento di anomalie, e sistemi embedded a risorse limitate. Progettazione di dispositivi per semiconduttori e sensori intelligenti per l'osservazione ambientale. Biometria, analisi comportamentale e classificazione di segnali digitali mediante circuiti e reti neurali quantistiche.

• Concetti generali e di contesto su Quantum Computing [20 ore]
• Applicazioni del Quantum Computing [10 ore]
• Concetti generali e di contesto sulle Reti Neurali [20 ore]
• Applicazioni delle Reti Neurali [10 ore]

Domande orali sugli argomenti del corso.

M. Schuld e F. Petruccione, Supervised Learning with Quantum Computers, Springer Nature, Svizzera, 2018

M. Schuld e F. Petruccione, Supervised Learning with Quantum Computers, Springer Nature, Svizzera, 2018

A.F. Kockum, et al., Lecture notes on quantum computing, arXiv preprint [2311.08445], 2025

O. Simeone, An Introduction to Quantum Machine Learning for Engineers, arXiv preprint [2205.09510], 2022

R. de Wolf, Quantum Computing: Lecture Notes, arXiv preprint [1907.09415], 2023

C.C. Aggarwal, Neural Networks and Deep Learning, Springer Cham, Svizzera, 2023

Sono introdotti i principi dei radar ad apertura sintetica e le relative tecniche di focalizzazione. Sono presentate le tecniche di elaborazione per la autofocalizzazione delle immagini SAR e le relative correzioni. Sono introdotte le tecniche di elaborazione delle immagini radar per l’estrazione dell’informazione.

I radar di immagine da piattaforma aerea e spaziale.

Formazione delle immagini SAR (approssimativamente 2/3 del corso - 40 ore):

• principi di base per radar ad apertura sintetica (SAR)
• principi di dimensionamento di Sistema e modalità di acquisizione STRIPMAP, Spotlight SAR, SCANSAR
• tecniche di focalizzazione/ auto focalizzazione
• correzione di distorsioni geometriche
• immagini SAR di oggetti in movimento
• principi e tecniche di elaborazione per la formazione di immagini ISAR (SAR Inverso) di bersagli in movimento

Estrazione di informazione da immagini SAR (approssimativamente 1/3 del corso - 20 ore):

• descrizione statistica dello speckle
• tecniche di despeckling
• tecniche di segmentazione
• riconoscimento e classificazione di bersagli estesi
• rivelazione di cambiamenti e pattern multi temporali
• estrazione di informazione da immagini multi-dimensionali
• Introduzione al corso. Introduzione

alle caratteristiche e alle applicazioni dei sistemi SAR

• Principi di base per radar ad apertura

sintetica (SAR): geometria di acquisizione dimensione range (swath, risoluzione,

finestra di acquisizione ..), aperture sintetica e dimensione along-track (risoluzione,

approccio spaziale e in frequenza), geometrie squintate e non, range cell migration

e Point Spread Function

• Principi di

dimensionamento di Sistema (equazione radar e dimensionamento di PRF) e

modalità di acquisizione STRIPMAP, Spotlight SAR, SCANSAR

• Tecniche di focalizzazione:

focalizzatore ideale, Range Doppler Algorithm, Chirp Scaling Algorithm

• Tecniche di auto focalizzazione: Phase

Gradient Algorithm, Multilook Registration, Contrast Optimization, Phase

Difference

• Principi e tecniche di elaborazione

per la formazione di immagini ISAR (SAR Inverso) di bersagli in movimento &

caso ibrido SAR/ISAR

• Estrazione di informazione da immagini

SAR: modello descrizione statistica dello speckle (densità di probabilità

gaussiana complessa, Rayleigh, esponenziale, Gamma, numero equivalente di look,

modello prodotto e modelli biparametrici)

• Tecniche di despeckling (multillok,

filtro di Frost, filtro di Lee) e tecniche di segmentazione

• Rivelazione di cambiamenti e pattern

multi temporali

• Introduzione all'imaging multi-dimensionale/distribuito
• Esercitazione - Forme d’onda chirp:

caratterizzazione nel dominio tempo e frequenza

• Esercitazione - Compressione di forme

d’onda chirp: filtro adattato e dechirping

• Esercitazione - Ricampionamento di

immagini SAR

• Esercitazione – Reti di pesatura per

controllo lobi laterali della PSF

• Esercitazione – Analisi statistica di

dataset da immagini SAR

Per la prova finale è richiesto lo sviluppo di un’attività da svolgere a casa in modo autonomo (homework) che prevede lo sviluppo e l'implementazione di tecniche viste a lezione da un punto di vista teorico e l’analisi critica dei corrispondenti risultati. Tali attività vengono svolte dallo studente avvalendosi dello strumento di programmazione MatLab. La prova di esame consiste in una opportuna discussione delle procedure implementate e dei risultati ottenuti avendo come supporto una presentazione PowerPoint che sintetizzi e documenti il lavoro svolto.

“Understanding SAR images”, C.J. Oliver, S. Quegan, Artech House, 2004,

I.G. Cumming, F.H. Wong “Digital processing of Synthetic Aperture Radar”, Artech House

W.G. Carrara, R.S. Goodman, R.M. Majewski, “Spotlight Synthetic Aperture Radar”, Artech House

Materiale integrativo (slides) disponibile in Classroom

SAR basics

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House, Chapter 2.

SAR focusing techniques

RDA:

I.G. Cumming, F.H. Wong “Digital processing of Synthetic Aperture Radar”, Artech House

Chapter 6, Sections 6.1, 6.2, 6.3

CSA:

Raney, R.K., Runge, H., Bamler, R., Wong, F.H.

Precision SAR Processing Using Chirp Scaling

(1994) IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 32 (4), pp. 786-799.

Disponibile @ https://ieeexplore.ieee.org/document/298008

SAR autofocus techniques

W.G. Carrara, R.S. Goodman, R.M. Majewski, “Spotlight Synthetic Aperture Radar”, Artech House

Chapter 6, Sections 6.1, 6.3, 6.4

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 3, Sections 3.1, 3.2

SAR properties

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 4,Sections 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5SAR data models

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 5,Sections 5.1, 5.2, 5.3, 5.4

SAR despeckle&segmentation

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 6, Sections 6.1,6.2, 6.3, 6.4

Chapter 7, Sections 7.1, 7.2, 7.3, 7.4

Al termine del corso lo studente sarà in grado di analizzare gli effetti dell’atmosfera sulla propagazione dei segnali elettromagnetici e di valutare le più opportune tecniche di mitigazione di tali effetti al fine di supportare la progettazione e l’ottimizzazione di sistemi di comunicazione wireless. Sarà inoltre in grado di descrivere in modo dettagliato e approfondito la teoria della propagazione elettromagnetica in ambienti complessi, con particolare attenzione alle applicazioni nell’ingegneria dell’informazione e delle comunicazioni, nonché ai fenomeni di diffrazione, ottica geometrica, propagazione troposferica e ionosferica, e alle condizioni di propagazione tipiche dei collegamenti satellitari e terrestri in ambiente urbano.
L’integrazione di aspetti di modellazione elettromagnetica e di ingegneria dei sistemi, con riferimento a sistemi di telecomunicazione e di telerilevamento, consentirà agli studenti di interpretare in modo critico i fenomeni di radiopropagazione e di applicare i modelli appresi alla progettazione e alla valutazione delle prestazioni di sistemi di comunicazione e osservazione della Terra, acquisendo competenze trasversali utili sia in ambito accademico sia professionale.

1) Introduzione e concetti generali (3h)

a) Introduzione alla radiopropagazione

b) Applicazioni alle telecomunicazioni: collegamenti terrestri

c) Applicazioni alle telecomunicazioni: collegamenti satellitari

d) Applicazioni di telerilevamento: radar meteorologia

FONDAMENTI TEORICI

2) Metodi perturbativi e scattering di Born (5h)

a) Metodo di Born (perturbazione di valore)

b) Scattering di Born da volumi turbolenti

c) Scattering di Bragg da superfici ruvide

d) Ottica geometrica (perturbazione di scala)

3) Ottica geometrica (2h)

a) Equazioni e teoremi fondamentali

b) Propagazione ottica

4) Teoria della diffrazione e propagazione in presenza di ostacoli (3h)

a) Teoria della diffrazione e diffrazione di Fraunhofer da semipiano infinito

b) Integrali di Fresnel, spirale di Cornu e guadagno di diffrazione

c) Ellissoidi di Fresnel e collegamenti in visibilità diretta, non visibilità e ostruzione parziale

d) Metodi numerici

5) Rumore e teoria del trasferimento radiativo (7h)

a) Rumore d’antenna e temperatura di rumore d’antenna

b) Spettroscopia molecolare

c) Legge di Planck e temperatura di brillanza

d) Teoria del trasferimento radiativo

EFFETTI AMBIENTALI SULLA RADIOPROPAGAZIONE

6) Propagazione troposferica in aria chiara (8h)

a) Modelli dielettrici e polarizzabilità

b) Rifrattività troposferica

c) Curvatura dei raggi in atmosfera stratificata

d) Effetti di scintillazione dovuti alla turbolenza atmosferica e aspetti statistici

7) Propagazione troposferica in presenza di idrometeore (6h)

a) Scattering e assorbimento elettromagnetico da idrometeore

b) Attenuazione dovuta alla distribuzione delle idrometeore

c) Modello ITU per la previsione dell’attenuazione da pioggia nei collegamenti satellitari e terrestri

8) Propagazione ionosferica (5h)

a) Fisica del plasma ionosferico

b) Propagazione in plasma ionosferico amagnetico

c) Propagazione in magnetoplasma ionosferico

d) Collegamenti radio ionosferici

9) Effetti del terreno sulla propagazione (3h)

a) Propagazione per onde di superficie

b) Propagazione per onde riflesse e proprietà superficiali

APPLICAZIONI

10) Telecomunicazioni (5 h)

a) Progetto del link budget per collegamenti satellitari e terrestri

b) Ottimizzazione delle comunicazioni satellitari e dei sistemi deep-space

c) Tecniche avanzate di mitigazione degli effetti di propagazione (PIMTs) per sistemi satellitari ad alta capacità

11) Propagazione in ambiente urbano (3 h)

a) Copertura cellulare e stazioni radio base

b) Attenuazione in condizioni non line-of-sight (NLOS)

c) Modelli di riferimento di base

d) Fading a breve e lungo termine; dispersione temporale e angolare

12) Radar meteorologia: fondamenti e applicazioni (4 h)

a) Introduzione e concetti generali

b) Teoria dello scattering elettromagnetico: equazioni integrali e sezioni d’urto

c) Fondamenti e sistemi radar meteorologici

SEMINARI SPECIALISTICI (6h)

• Introduzione

e concetti generali (3h)

• Testi di riferimento: Cap. 1 delle dispense fornite dalla docente: "introduzione"
• Metodi perturbativi e scattering di Born (5h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Metodi di perturbazione e diffusione di Born"
• Ottica geometrica (2h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Ottica geometrica"
• Teoria della diffrazione e propagazione in presenza di

ostacoli (3h)

• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Teoria della diffrazione"
• Rumore e teoria del trasferimento radiativo (7h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Rumore e teoria del trasferimento radiativo"
• Propagazione troposferica in aria chiara (8h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Propagazione troposferica in aria chiara "
• Propagazione troposferica in presenza di idrometeore

(6h)

• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Propagazione troposferica in presenza di idrometeore"
• Propagazione ionosferica (5h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Propagazione ionosferica"
• Effetti del terreno sulla propagazione (3h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Effetti della superficie

terrestre"

• Applicazioni di telecomunicazioni (5h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente
• Propagazione in ambiente urbano (3 h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente: "Propagazione in aree urbane"
• Radar meteorologia: fondamenti e applicazioni (4h)
• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente
• SEMINARI

SPECIALISTICI (6h)

• Testi di riferimento: Dispense fornite dalla docente

La verifica dell’apprendimento è finalizzata ad accertare il livello di acquisizione delle conoscenze teoriche, delle capacità analitiche e delle competenze applicative previste nei risultati di apprendimento attesi. La valutazione si articola in due prove obbligatorie e complementari: una prova scritta con discussione orale e una tesina.

Prova scritta e orale

La prima parte dell’esame consiste nello svolgimento scritto di due domande aperte relative agli argomenti trattati a lezione e indicati nel programma del corso. Le risposte vengono successivamente discusse con la docente in una fase orale, volta ad approfondire e verificare la comprensione complessiva della materia, anche su argomenti diversi da quelli della prova scritta.

Le due prove, scritta e orale, si svolgono in un’unica sessione, nello stesso giorno e nella stessa aula: la discussione orale segue immediatamente lo svolgimento della prova scritta. Il tutto si svolge nei regolari appelli di esame previsti dal calendario didattico del Corso di Laurea.

La valutazione congiunta delle due prove (scritta + orale) rappresenta i due terzi del voto finale e mira a verificare la capacità dello studente di esporre in modo chiaro, argomentato e coerente i concetti teorici e la loro applicazione.

Tesina

La seconda parte dell’esame consiste nella realizzazione di una tesina individuale o di gruppo (massimo tre studenti) su un argomento concordato con la docente, scelto all’interno di una lista di temi proposti durante il corso. Il lavoro prevede l’utilizzo di codici MATLAB forniti dalla docente per la simulazione di sistemi di telecomunicazione o di telerilevamento, e l’analisi di come le prestazioni di tali sistemi variano in funzione dei fenomeni di propagazione atmosferica. La tesina, valutata separatamente, contribuisce per un terzo del voto finale e consente di accertare l’autonomia di giudizio, la capacità di analisi e di integrazione critica dei contenuti del corso.

La tesina può essere consegnata in qualsiasi momento, eventualmente anche in una sessione di esame diversa da quella in cui si è svolta la prova scritta con discussione orale.

La verbalizzazione dell’esame avviene solo dopo il superamento di entrambe le prove.

Diapositive del corso fornite dal docente e messe a disposizione sulla piattaforma Classroom del corso.

• Paraboni, M. D’Amico: Radiopropagazione, Mc Graw Hill, Milano, 2002
• G. Conciauro, L. Perregrini: Fondamenti di onde elettromagnetiche , Mc Graw Hill, 2003
• F.S. Marzano, N. Pierdicca: Fondamenti di Antenne, Carocci, 2011
• R. E. Collin: Antennas and Radiowave Propagation, Mc Graw Hill, Int. Ed., 1985
• Bringi V. N. and V. Chandrasekar, Polarimetric Doppler Weather Radar: principles and applications, Cambridge University Press, 2001

L'obiettivo del corso è rivolto a l'illustrazione dei concetti fondamentali della teoria delle antenne e la loro applicazione alle tecnologie dell'informazione.

La teoria della radiazione elettromagnetica rappresenta il quadro entro il quale sviluppare analisi di antenne lineari, ad apertura e allineamenti.

Il corso ha lo scopo di sviluppare sia le capacità di caratterizzare le proprietà relative di antenne sia le capacità di valutare specifiche di antenne per sistemi di radio-propagazione e telerilevamento.

L’obiettivo del corso di Comunicazioni Elettriche I è quello di fornire le conoscenze per il dimensionamento di base di sistemi di comunicazione, affrontando le principali problematiche connesse al trasferimento dell’informazione mediante segnali elettrici, elettromagnetici oppure ottici.

Il corso si prefigge di fornire allo studente le metodologie e le conoscenze necessarie alla comprensione dei fondamenti teorici alla base dei sistemi di telecomunicazione moderni. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di effettuare un dimensionamento di sistema in condizioni nominali per comunicazioni analogiche e numeriche in condizioni di propagazioni su linea e radio.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: tecniche di modulazione analogiche e numeriche, meccanismi di propagazione di segnali attraverso cavi, fibra ottica ed etere, e caratteristiche di attenuazione di ciascun mezzo.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di analisi delle prestazioni di un collegamento per telecomunicazioni in termini di indici prestazionali quali Rapporto Segnale-Rumore Probabilità d’Errore.
• Autonomia di giudizio: capacità di affrontare un progetto di dimensionamento di un collegamento in condizioni nominali, tenendo conto delle caratteristiche del segnale e del mezzo di propagazione e configurando opportunamente tutti gli elementi che compongono la catena trasmettitore-ricevitore.
• Abilità comunicative: N/A
• Capacità di apprendimento: acquisire le conoscenze necessarie all’analisi di sistemi e reti di comunicazioni in condizioni ideali, che permetteranno nel seguito della carriera lo studio degli stessi sistemi in condizioni reali, tenendo conto delle caratteristiche delle sorgenti e dei canali di comunicazione, nonché delle tecniche di accesso adottate in sistemi multiutente.

Il corso si prefigge di introdurre lo studente all’analisi e alla progettazione di sistemi digitali. Al termine del

corso lo studente conoscerà i concetti essenziali dell’elettronica digitale, conoscerà il panorama di possibilità

metodologiche e realizzative, saprà comprendere la documentazione tecnica di sistemi e componenti digitali,

saprà impostare e risolvere semplici problemi di analisi o di progetto di circuiti e sistemi digitali.

COMPRENSIONE DELLA CONTROREAZIONE COME TECNICA PER IL CONTROLLO ATTIVO DELLE PRESTAZIONI DEGLI AMPLIFICATORI A TRANSISTOR.

PROBLEMI DI TRADE OFF FRA FEDELTÀ E STABILITÀ NEGLI AMPLIFICATORI IN CONTROREAZIONE.

STUDIO DELLE TEMATICHE DEL RUMORE NEI DISPOSITIVI E NEI CIRCUITI ELETTRONICI

E SUA MODELLIZZAZIONE AI FINI DELL’ANALISI TRAMITE CALCOLI.

CIRCUITI INTEGRATI ANALOGICI, CONTROLLO DELLE PRESTAZIONI E GRADI DI LIBERTÀ

PER IL PROGETTISTA.

CAPACITÀ DI ANALISI E DI APPORZIONAMENTO PER CIRCUITI (INTEGRATIEDISCRETI)

ANALOGICI COMPLESSI (E.G.OPA). ACQUISIZIONE DELLE TECNICHE DI CONVERSIONE A DEDA E DI MPLEMENTAZIONI.

ITA

GENERALI

Lo scopo del corso è che gli studenti acquisiscano competenze per la modellizzazione dei sensori integrati e il loro utilizzo pratico in dispositivi e sistemi di sensing, secondo la modalità di apprendimento flipped, in cui gli studenti sono docenti e discenti allo stesso tempo, nonché responsabili e protagonisti dei progetti che propongono di realizzare. Il corso consentirà loro di comprendere il funzionamento dei sensori e la loro applicabilità nelle varie situazioni, nonché di comprendere l’importanza e l’utilizzo paratico delle unità fondamentali che compongono un dispositivo, dalla alimentazione, alle funzionalità di acquisizione dei segnali, alla trasmissione e processing dei segnali. L’uso dei componenti attualmente sul mercato apre allo studente una finestra sulle attuali potenzialità dei sensori integrati e della strategia More Than Moore di integrazione multifunzionale in package e on-chip.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: conoscere i principali modelli operativi e le specifiche applicative dei sensori attivi integrati
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: saper individuare le problematiche di implementazione di un progetto e proporre soluzioni pratiche e operative.
• Autonomia di giudizio: capacità di effettuare opportune scelte progettuali in funzione delle specifiche richieste
• Abilità comunicative: saper esporre un lavoro svolto, lavorare in team, saper proporre e difendere un progetto ma anche saper ascoltare in maniera oggettiva le proposte altrui.
• Capacità di apprendimento: imparare a essere co-responsabili del lavoro svolto in team, saper fare funzionare il prototipo progettato rispettando i tempi prefissati.

ITA

GENERALI

Lo scopo del corso è fornire agli studenti conoscenze specifiche sulla principale strumentazione utilizzata in ambito biomedicale. Le attività teoriche, altamente interdisciplinari, mirano a sviluppare la capacità del candidato a collegare i metodi matematici e le tecniche apprese in altri corsi di studio. Le attività seminariali, svolte anche da ricercatori esterni, hanno anche l'obiettivo di sviluppare le abilità comunicative e di interazione

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Il corso si prefigge lo scopo di far acquisire allo studente conoscenze per il progetto di strumentazione per la diagnostica medica. Particolare attenzione è posta al progetto di apparati per la risonanza magnetica nucleare i monitor ospedalieri ed i sistemi per l’ecografia.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: La parte teorica è integrata da seminari applicativi sulle soluzioni commerciali e sulle attività di ricerca in vari ambiti della strumentazione medicale anche innovativi quali la tomografia di impedenza e le applicazioni dei radar in medicina.
• Autonomia di giudizio: Le attività teoriche, altamente interdisciplinari, mirano a sviluppare la capacità del candidato a collegare i metodi matematici e le tecniche apprese in altri corsi di studio.
• Abilità comunicative: Le attività seminariali, svolte anche da ricercatori esterni, hanno anche l'obiettivo di sviluppare le abilità comunicative e di interazione.
• Capacità di apprendimento: Oltre al materiale didattico fornito, lo studente è stimolato a studiare in un modo autonomo utilizzando la letteratura scientifica messa a disposizione e altro materiale reperibile in rete.

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il corso si prefigge lo scopo di far acquisire allo studente conoscenze sul funzionamento della strumentazione per la diagnostica medica. Particolare attenzione è posta alla descrizione di apparati convenzionali quali quelli per la risonanza magnetica nucleare, i monitor ospedalieri ed i sistemi per l’ecografia. Saranno anche descritti apparati innovativi quali quelli per la tomografia di impedenza e le applicazioni dei radar in medicina. La parte teorica sarà integrata da seminari applicativi sulle soluzioni commerciali e sulle attività di ricerca innovativa in vari ambiti della strumentazione medicale.

ABILITÀ APPLICATIVE. Le conoscenze acquisite potranno essere applicate al progetto di strumentazione per la diagnostica medica. Al termine del corso lo studente sarà in grado di integrare/migliorare strumentazione esistente e/o progettare apparati innovativi.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Le attività teoriche, altamente interdisciplinari, mirano a sviluppare la capacità del candidato a collegare i metodi matematici e le tecniche apprese in altri corsi di studio.

ABILITÀ DI COMUNICAZIONE Le attività seminariali, svolte anche da ricercatori esterni, hanno anche l'obiettivo di sviluppare le abilità comunicative e di interazione.

CAPACITÀ DI APPRENDERE. Oltre al materiale didattico fornito, lo studente è stimolato a studiare in un modo autonomo utilizzando la letteratura scientifica messa a disposizione e altro materiale reperibile in rete.

RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (RMN): frequenza di Larmor, soluzione eq. Bloch per il decadimento libero, soluzione eq. Bloch in regime impulsato, i tempi T1 e T2 e la loro misura, formazione immagine RMN. Aspetti tecnologici, bobine per la RMN: campo statico, gradienti, radiofrequenza.

I MONITOR OSPEDALIERI: attività cardiaca, l’elettrocardiografo, attività respiratoria, l’impedenziometro, l’attività cardio vascolare, i sensori di pressione, il pulso ossimetro.

ECOGRAFIA: la fisica degli ultrasuoni, emissione, trasmissione e rilevazione, ecotomografi A mode, B-mode. Aspetti tecnologici, la generazione e la rilevazione degli ultrasuoni.

TOMOGRAFIA DI IMPEDENZA ELETTRICA : raccolta dati, problema diretto: il metodo delle ammettenze, problema inverso: metodo di Newton e Rapson, soluzione con decomposizione ai valori singolari, tecniche di regolarizzazione. Aspetti tecnologici: un sistema di misura virtuale in ambiente PXI.

I SENSORI A MICROONDE: radar UWB per il monitoraggio dell’attività cardio respiratoria, radar CW per il monitoraggio della pressione arteriosa, immagini confocali per la diagnostica dei tumori al seno.

RISONANZA DI SPIN ELETTRONICO (EPR): fisica della spettroscopia EPR, lo spettrometro EPR, sorgenti, cavità, ricevitore

• Basi teoriche della risonanza magnetica nucleare
• Testi di riferimento: 01_RMN_TEORIA
• Hardware della RMN
• Testi di riferimento: 02_RMN_HARDWARE
• Seminario RMN
• Testi di riferimento: 03_Seminario_RMN
• Basi di Fisiologia umana
• Testi di riferimento: 04_FISIOLOGIA
• Monitor Ospedalieri
• Testi di riferimento: 05_MONITOR_OSPEDALIERI
• Tomografia di impedenza
• Testi di riferimento: 06_TOMOGRAFIA_IMPEDENZA
• Seminario monitor e tomografia
• Testi di riferimento: 07_Seminario_MONITOR_TOMO
• Ecografia
• Testi di riferimento: 08_ECOGRAFIA
• Radar in medicina
• Testi di riferimento: 09_RADAR IN MEDICINA
• Seminario radar
• Testi di riferimento: 10_Seminario_RADAR
• Risonanza paramagnetica elettronica
• Testi di riferimento: 11_EPR

Esame frontale con domande sugli argomenti teorici svolti a lezione. Tipicamente una domanda riguarda la strumentazione convenzionale e una domanda la strumentazione innovativa. La prova dura in totale tra 60 e 90 minuti.

Appunti delle lezioni scaricabili dal sito del docente

http://mwl.diet.uniroma1.it/people/pisa/strtecdia.html e dalla classroom del corso

J.G. Webster, The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook, CRC Press, 1999

F.P. Branca, Fondamenti di ingegneria clinica. Vol. 2, Springer, 2008

J.G. Webster, Electrical Impedance Tomography, Adam Hilger, New York, 1990

J. D. Taylor, Ultra-wideband radar technology, CRC Press, London, 2001

M. A. Brown, R. C. Semelka , MRI Basic Principles and applications, John Wiley & Sons, 2003

ITA

GENERALI

Il corso intende fornire allo studente gli strumenti per la comprensione, l’analisi dei principi di funzionamento, le tecnologie realizzative e le prestazioni di sistemi microelettromeccanici (MEMS).

Lo studente acquisisce nozioni relative alle strategie di miniaturizzazione di sistemi microelettromeccanici, all’impatto su relative geometrie e principi fisici di funzionamento, alle soluzioni tecnologiche per permetterne la realizzazione. Verranno forniti esempi, per diverse categorie, dai primi prototipi a sistemi allo stato dell’arte, dalle proposte in letteratura scientifica alle soluzioni messe sul mercato. Vengono esaminati i materiali costitutivi, i principi di funzionamento, le strategie di realizzazione e packaging di diversi sistemi utilizzati attualmente nella vita quotidiana.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza approfondita dei principali sistemi realizzati con componenti microelettromeccanici, passati e moderni, con particolare riferimento ai principi fisici di funzionamento dei singoli componenti e delle tecnologie realizzative.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Conoscenza approfondita dei principali sistemi realizzati con componenti microelettromeccanici, passati e moderni, con particolare riferimento ai principi fisici di funzionamento dei singoli componenti e delle tecnologie realizzative.
• Autonomia di giudizio: Capacità di comprensione, sintesi, scelta, confronto e progettazione di sistemi microelettromeccanici allo stato dell'arte.
• Abilità comunicative: Capacità di comprensione, descrizione e presentazione di sistemi microelettromeccanici allo stato dell'arte.
• Capacità di apprendimento: Capacità di apprendere atte all’inserimento in contesti lavorativi di progettazione, prototipazione, caratterizzazione e analisi delle prestazioni di sistemi microelettromeccanici.

Lo studente acquisisce nozioni relative alla miniaturizzazione di sistemi e componenti elettromeccanici, ai fenomeni fisici, alle strategie di progettazione e alla scelta dei materiali.

Lo studente apprende le strategie di realizzazione dei sistemi microelettromeccanici allo stato dell’arte e dell’evoluzione nel tempo di tali strategie, con riferimento alla scelta dei materiali e alle tecnologie di lavorazione, di interconnessione e di packaging. Tali nozioni vengono acquisite partendo dagli standard attuali per la fabbricazione, interconnessione e packaging di circuiti integrati e microchip.

Lo studente impara principi di funzionamento, strategie realizzative e prestazioni dei sistemi microelettromeccanici più utilizzati attualmente sul mercato, imparando a confrontarli ed a sviluppare un occhio critico riguardo a punti di forza, punti deboli, costi e affidabiiltà di microsensori e microattuatori moderni.

Esperienze in laboratorio e seminari contribuiscono a completare la formazione, con l’obiettivo di aiutare lo studente ad affacciarsi presso realtà accademiche, tecnologiche e industriali

INTRODUZIONE: definizione di Sistema microelettromeccanico (MEMS), panoramica delle applicazioni principali, inquadrate sul mercato e in letteratura scientifica.

MINIATURIZZAZIONE: definizione, meccanismi, conseguenze sulla fisica di un dispositivo (forze elettrostatiche ed elettromagnetiche, conduzione del calore, forze elettriche, meccanica dei fluidi, reazioni chimiche). Esempi di miniaturizzazione di dispositivi microelettronici. Esempi di miniaturizzazione di dispositivi elettromeccanici..

TECNOLOGIE: panoramica sulle tecnologie di fabbricazione di sistemi CMOS. Confronto con le tecnologie MEMS. Approfondimento sulle tecnologie di deposizione a film sottile/spesso (PVD, CVD), definizione delle geometrie (litografia), sagomatura dei materiali (wet/dry etching). Panoramica sulle tecnologie per il vuoto: definizioni, classificazioni ed esempi.

MATERIALI: panoramica sui materiali costitutivi per sistemi (proprietà meccaniche, termiche, elettriche, magnetiche, ottiche e chimiche) e implementazione (mercato, letteratura scientifica).

INTERCONNESSIONI - PACKAGING: interconnessioni tra MEMS e circuiti integrati, interfacciamento con l’ambiente circostante e packaging di un MEMS.

DISPOSITIVI MEMS: principio di funzionamento, struttura e processo di fabbricazione di dispositivi MEMS attualmente sul mercato (digital micromirror, microbolometro, testine inkjet per stampanti, sensori inerziali).

ESPERIENZE IN LABORATORIO: dimostrazione di processi di fabbricazione. Deposizione a film sottile (PVD, CVD), litografia, sagomatura di materiali a film sottile (wet/dry etching).

• Introduzione ai MEMS: cenni storici; evoluzione e miniaturizzazione; esempi e applicazioni moderne; sfide, caratteristiche e applicazioni attuali.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente su storia ed evoluzione dei MEMS nel tempo, sfide e applicazioni attuali.
• Il concetto di miniaturizzazione nei sistemi MEMS: fenomeni fisici, materiali, tecnologie.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sulla miniaturizzazione dei sistemi MEMS.
• Tecnologie nei sistemi MEMS: strategie di fabbricazione, tecniche di lavorazione dei materiali e substrati, impianti e strumenti per la realizzazione di dispositivi.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sulle tecnologie MEMS.
• Materiali nei MEMS: caratteristiche tecniche, vantaggi, sfide, strategie di implementazione.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente su materiali e substrati MEMS.
• Packaging di sistemi MEMS: strategie, materiali e tecnologie, esempi pratici.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sul packaging dei MEMS.
• Dispositivi MEMS: analisi dei dispositivi MEMS più diffusi attualmente sul mercato, principi di funzionamento, tecnologie di realizzazione, materiali e packaging.
• Testi di riferimento: Articoli scientifici, diapositive e testi forniti dal docente sui dispositivi MEMS moderni discussi a lezione, funzionamento, tecnologie e applicazioni.

Prova orale

• M Gad-el-Hak, “The MEMS Handbook”, ASME 2002.
• K.E. Petersen, “Silicon as a Mechanical Material”, IEEE 1982.
• T. Hsu, “MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Nanoscale Engineering”, Wiley, 2008.
• Y. C. Lee, “MEMS Packaging”, World Scientific Publishing, 2018.
• R. J. Shul and S. J. Pearton, “Handbook of advanced plasma processing techniques”, Springer, 2000.
• T. K. Gupta, “Handbook of Thick- and Thin-Film Hybrid Microelectronics”, Wiley, 2003.
• P. Walker and W. E. Tarn, “Handbook of Metal etchants”, CRC, 1991.
• S. Chakraborty, “Mechanics over Micro and Nano Scales”, Springer, 2011.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente.
• M Gad-el-Hak, “The MEMS Handbook”, ASME 2002.
• K.E. Petersen, “Silicon as a Mechanical Material”, IEEE 1982.
• T. Hsu, “MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Nanoscale Engineering”, Wiley, 2008.
• Y. C. Lee, “MEMS Packaging”, World Scientific Publishing, 2018.
• R. J. Shul and S. J. Pearton, “Handbook of advanced plasma processing techniques”, Springer, 2000.
• T. K. Gupta, “Handbook of Thick- and Thin-Film Hybrid Microelectronics”, Wiley, 2003.
• P. Walker and W. E. Tarn, “Handbook of Metal etchants”, CRC, 1991.
• S. Chakraborty, “Mechanics over Micro and Nano Scales”, Springer, 2011.
• Diapositive e materiale del corso forniti dal docente.

Il corso intende fornire una formazione di base sulle tecnologie e apparati utilizzati nella fabbricazione di circuiti ad alta densità di integrazione, con esempi di descrizione dei processi di fabbricazione di sistemi per applicazioni specifiche.

Visione d'insieme delle tecnologie di fabbricazione di circuiti elettronici integrati, con particolare riferimento a circuiti ULSI in tecnologia CMOS.

-Limiti e prospettive delle tecnologie ULSI. -Passi di fabbricazione di BJT e MOSFET.

-Il silicio monocristallino: caratteristiche chimico-fisiche del silicio, tecnica di crescita di monocristalli bulk con il metodo Czochralski, difetti.

-Tecniche di crescita epitassiali. Epitassia da fase vapore (VPE, MOVPE). Epitassia da fasci molecolari (MBE).

-Ossidazione termica del silicio: struttura e proprietà dell’ossido di silicio; modello cinetico; apparati per ossidazione termica.

-Tecniche di drogaggio di materiali semiconduttori: meccanismi di diffusione di impurezze droganti, diffusione termica; impiantazione ionica.

-Deposizione di film sottili per CVD e PVD.

-Tecniche litografiche: preparazione delle maschere; litografia ottica, a raggi X ed a fascio elettronico; resist.

-Attacchi umidi e secchi: anisotropia e selettività dell’attacco; plasma etching, sputter etching e reactive ion etching.

-Conduttori: metalli per le interconnessioni; elettromigrazione, livelli di metallizzazioni e via-holes.

-Il laboratorio tecnologico, cenni di tecnologie del vuoto.

L'esame si svolge mediante la presentazione di una tesina assegnata ad ogni studente alla fine del ciclo di lezioni.

Il lavoro è presentato sia tramite elaborato scritto che con discussione orale con slides.

In una prima parte del lavoro, lo studente presenta la descrizione di un processo di fabbricazione di un particolare dispositivo/sistema elettronico, con particolare attenzione alla struttura fisica del dispositivo, ai materiali utilizzati ed alla sequenza dei passi tecnologici per la fabbricazione.

Nella seconda parte deve essere descritta in dettaglio una delle tecnologie micro/nano elettroniche utilizzate nel processo descritto nella prima parte, con un’analisi teorica dei modelli utilizzati per la dinamica del processo, una presentazione delle apparecchiature utilizzate e dei parametri di controllo del processo, e delle tecniche di caratterizzazione dei materiali ottenuti dalla tecnica esaminata.

La presentazione ha durata di circa un'ora, con possibili domande volte a verificare l'avvenuta acquisizione delle conoscenze e dei concetti discussi nel corso.

Fondamenti di tecnologie e materiali per l’elettronica, Vittorio Passaro, Aracne editrice

Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli)

L’obiettivo principale di questo corso interdisciplinare è quello di fornire agli studenti gli strumenti teorici e pratici necessari per la conoscenza di importanti applicazioni biomedicali di diffuso uso clinico basate sugli effetti biologici dei campi elettromagnetici.

Una volta superato l’esame gli studenti avranno una visione d’insieme delle applicazioni cliniche basate sui campi elettromagnetici a partire dai principi biofisici di base al funzionamento dell’intero dispositivo. Saranno in grado di supportare il personale medico in modo adeguato, sapranno utilizzare i software e le tecniche di misura necessarie alla validazione ed utilizzo. Saranno pronti per utilizzare gli argomenti trattati durante il corso nel mondo del lavoro come linee guida di progettazione ed ottimizzazione ed approfondirle verso applicazioni tecnologicamente più innovative.

Una volta superato l’esame gli studenti avranno una visione d’insieme delle applicazioni cliniche basate sui campi elettromagnetici a partire dai principi biofisici di base al funzionamento dell’intero dispositivo.

Saranno in grado di supportare il personale medico in modo adeguato, sapranno utilizzare i software e le tecniche di misura necessarie alla validazione ed utilizzo. Saranno pronti per utilizzare gli argomenti trattati durante il corso nel mondo del lavoro come linee guida di progettazione ed ottimizzazione ed approfondirle verso applicazioni tecnologicamente più innovative.

Principi di base

Interazioni fondamentali tra campi elettromagnetici e sistemi biologici.

Modelli multifisici del corpo umano.

Metodi e strumenti per la soluzione del problema elettromagnetico nel corpo umano LAB: software multifisica e modelli del corpo umano per problemi standard

elettrochemioterapia

Meccanismo di induzione dell'elettroporazione

Protocollo standard, dispositivo e suoi componenti fondamentali

Il ruolo del campo elettrico e la pianificazione del trattamento

Patologie tumorali trattate

LAB: dosimetria computazionale per treatment planning

LAB: esperienza con strumentazione da una delle principali società italiane nel settore

Stimolazione magnetica transcranica

Principi di base

Protocolli, dispositivi e bobina

Principali patologie trattate: depressione, ictus, neurodegenerativa,

Calcolo della distribuzione del campo elettrico

neuronavigazione

LAB: induzione del campo E da parte di una bobina su un modello di testa semplificato

LAB: dosimetria di una figura-8 sul cervello del corpo umano virtuale

Stimolazione transcranica a corrente continua

Principi operativi

Patologie coinvolte

Il dispositivo e i suoi componenti fondamentali

Modellistica computazionale e determinazione della dose

Problemi di sicurezza

LAB: dosimetria computazionale di un elettrodo che monta il cervello del corpo umano virtuale

DUE PARTI che contribuiscono equamente al voto finale:

1) LOGBOOK delle esperienze LAB

2) Una domanda orale tratte da tutto il programma

Nel complesso, la prova di esame ha lo scopo di valutare il livello che lo studente ha raggiunto nell'acquisire le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla:

a) comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni, non solo dal punto di vista teorico ma anche in riferimento a problemi di applicazione;

b) capacità di apprendere ed organizzare i concetti;

d) accuratezza e precisione espositiva.

Capitoli scelti da:

1. Handbook of Electroporation, Damijan Miklavcic, Springer

2. Transcranial Magnetic Stimulation, Alexander Rotenberg, Jared Cooney Horvath, Alvaro Pascual-Leone, Humana Press

3. Practical Guide to Transcranial Direct Current Stimulation, Principles, Procedures and Applications, Helena Knotkova, Michael A. Nitsche, Marom Bikson, Adam J. Woods, Springer

Articoli Scelti e a disposizione sul sito moodle del corso

ITALIANO

GENERALI

Scopo del corso è lo studio della tecnica di comunicazione wireless Ultra Wide Band (UWB), e della sua applicazione alla progettazione di reti avanzate quali le reti ad-hoc e le reti di sensori, e in generale di reti wireless distribuite. Il corso analizza le tematiche chiave dei sistemi UWB, allo scopo di evidenziare le potenzialità di una tecnologia che appare come uno dei migliori candidati nella definizione di standard per reti di futura generazione. Il corso affronterà i fondamenti teorici delle comunicazioni UWB, completando la trattazione con esempi pratici e principi di applicazione per ogni argomento trattato.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: tecniche di generazione di segnali UWB, analisi temporale e spettrale dei segnali UWB, progettazione di ricevitori UWB in canali AWGN e multipath, analisi delle prestazioni singolo link e di rete, tecniche di posizionamento e localizzazione basati su tecnologia UWB.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: analisi e dimensionamento di reti wireless UWB in funzione della tipologia di segnale trasmesso, del canale, e del ricevitore utilizzato, sia attraverso l’approccio analitico che con l’utilizzo di strumenti software per la simulazione di singoli link o di reti.
• Autonomia di giudizio: capacità di affrontare un progetto di dimensionamento di una rete wireless UWB, identificando vincoli e obiettivi imposti sugli indici prestazionali e sulla standardizzazione, selezionando lo strumento o gli strumenti più opportuni per completare in modo corretto ed efficiente il progetto stesso.
• Abilità comunicative: saper esporre coerentemente e chiaramente tematiche relative alle comunicazioni UWB, combinando la padronanza della trattazione analitica, la capacità di sintetizzare le caratteristiche delle tecniche studiate, e la conoscenza e l’utilizzo di strumenti software di simulazione.
• Capacità di apprendimento: (assente)

aspetti chiave dei sistemi UWB, che vanno dai fondamenti teorici alle applicazioni

• Ultra Wide Band radio [2 ore]
• Definizione
• Standard IEEE e industriali: IEEE 802.5.4, UWB Alliance, Wireless USB
• Generazione di segnali radio UWB [6 ore]
• Impulsivi (IR): Time-Hopping UWB, Direct-Sequence UWB
• Ad onda continua: Multi-Band UWB
• Segnali UWB in banda TeraHertz
• Densità spettrale di potenza di segnali Time-Hopping UWB, Direct-Sequence e Multi-Band UWB [4 ore]
• Analisi delle prestazioni di un link radio UWB [4 ore]
• Limitazione di potenza e maschere di emissione e link budget
• Progettazione del sagomatore di impulsi nei sistemi IR-UWB [6 ore]
• L’impulso di base
• Effetto della derivazione e variazione della durata temporale dell’impulso
• Progettazione del sagomatore in funzione dei vincoli imposti dalle maschere di emissione
• Il canale e il ricevitore UWB [6 ore]
• Propagazione di segnali UWB su un canale AWGN privo di cammini multipli e su un canale affetto da cammini multipli
• Il modello di canale UWB proposto nell’ambito di IEEE 802.15.3a e IEEE 802.15.4a
• Il canale in onda TeraHertz
• Diversità temporale e ricevitore RAKE
• Sincronizzazione nei sistemi di comunicazione IR-UWB [2 ore]
• Comunicazioni UWB multi utente [8 ore]
• Accesso multiplo e interferenza multi-utente * Modello di interferenza multi-utente: Standard Gaussian Approximation, “Pulse collision”
• Modelli di interferenza per comunicazioni impulsive in banda TeraHertz
• Stima di distanza e posizionamento nei sistemi UWB [18 ore]
• Stima di direzione e angolo di arrivo * Algoritmi di posizionamento
• Applicazioni: tagging, tracking di persone e oggetti e contact tracing
• Piattaforme sperimentali e nuovi standard: Decawave, IEEE 802.5.4z
• Reti Ultra Wide Band: progettazione del sistema di accesso radio (Medium Access Control) [4 ore]
• Medium Access Control (MAC): principi generali
• Funzioni del Medium Access Control (MAC)
• Introduzione alle comunicazioni UWB
• Definizione di segnale UWB
• UWB vs. non-UWB
• Generazione di segnali UWB
• Trasmissioni impulsive UWB
• Formato TH-UWB
• Formato DS-UWB
• Caratteristiche dei segnali UWB nel dominio della frequenza
• Spettro di densità di potenza di segnali impulsivi modulati con modulazione di posizione
• Spettro di densità di potenza di segnali impulsivi modulati con modulazione di ampiezza
• DImensionamento di collegamenti di comunicazione UWB
• Legame potenza-rate nei sistemi UWB multimpulso
• Struttura del ricevitore UWB per canali AWGN
• Struttura del ricevitore UWB per canali affetti da cammini multipli
• Il canale IEEE 802.15.3a e il ricevitore rake nelle comunicazioni UWB
• Comunicazioni UWB multi-utente
• Modelli di interferenza nei sistemi UWB multi-utente
• L'ipotesi di Standard Gaussian Approximation (SGA) nei sistemi UWB
• Tecniche di accesso al mezzo nei sistemi di comunicazione UWB
• Protocolli MAC nei sistemi UWB
• Caratteristiche peculiari dei sistemi UWB
• La sagomatura dell'impulso nei sistemi UWB
• Effetto dell'uso di diverse forme di impulsi sullo spettro di densità di potenza del segnale UWB
• Localizzazione nei sistemi UWB
• Sistemi di posizionamento basati su UWB
• UWB nei sistemi di comunicazione 5G
• Comunicazioni THz e UWB
• La scheda di sviluppo Qorvo
• Utilizzo della scheda Qorvo nei sistemi di localizzazione
• Sviluppo sperimentale di un sistema di posizionamento con Qorvo

L'esame consiste in una prova scritta, consistente in un progetto da sviluppare utilizzando gli strumenti di simulazione utilizzati nel corso (Matlab), e da una prova orale che verte sui contenuti delle lezioni e delle esercitazioni svolte in aula. Le due prove hanno stesso peso nel determinare la votazione finale.

M.-G. Di Benedetto e Guerino Giancola, "Understanding Ultra Wide Band Radio Fundamentals", Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series, ISBN:0-13-148003-0, 2004.

ENG

M.-G. Di Benedetto, A. Cattoni, J. Fiorina, F. Bader and L. De Nardis, "Cognitive Radio and Networking for Heterogeneous Wireless Networks", Springer, ISBN: 978-3-319-01717-4, DOI 10.1007/978-3-319-01718-1, 2015.

M.-G. Di Benedetto and F. Bader, "Cognitive Communication and Cooperative HetNet Coexistence", Springer, ISBN: 978-3-319-01402-9, DOI: 10.1007/978-3-319-01402-9, 2014.

M.-G. Di Benedetto, T. Kaiser, D. Porcino, A. Molisch and I. Oppermann, "UWB Communications Systems - A Comprehensive Overview", ISBN: 9789775945105, Hindawi Publishing Corporation, 2006.

GENERALI

Il corso di Wireless Access ha come obiettivo lo sviluppo e l’acquisizione di conoscenze teoriche sul tema dell’accesso al mezzo nei sistemi di telecomunicazioni wireless e la loro applicazione nei sistemi di comunicazione moderni 5G e “beyond 5G”.

Parte integrante degli obiettivi del corso è lo sviluppo di capacità progettuale del sistema di accesso grazie all’acquisizione della padronanza di teorie matematiche essenziali alla modellizzazione del sistema di accesso, in particolare la teoria statistica dei processi aleatori tempo-discreti e la teoria delle code.

La capacità progettuale è sviluppata concretamente attraverso l’acquisizione di abilità sull’utilizzo di strumenti di simulazione per l’analisi di prestazioni di sistemi complessi.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: tecniche di multiplazione (TDMA, FDMA, CDMA, SDMA, NOMA), algoritmi e protocolli per l’accesso al mezzo wireless (Medium Access Control, MAC) e il controllo della risorsa in reti wireless anche in condizioni di condivisione della risorsa tra reti (radio cognitiva).
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: analisi e dimensionamento di reti wireless in funzione del traffico offerto e del protocollo di accesso adottato sia attraverso l’approccio analitico che con l’utilizzo di strumenti software per la simulazione di singoli link o di reti.
• Autonomia di giudizio: capacità di affrontare un progetto di dimensionamento di una rete wireless identificando vincoli e obiettivi imposti sugli indici prestazionali, selezionando lo strumento o gli strumenti più opportuni per completare in modo corretto ed efficiente il progetto stesso.
• Abilità comunicative: saper esporre coerentemente e chiaramente tematiche relative all’accesso al mezzo nelle reti wireless, combinando la padronanza della trattazione analitica con la capacità di sintetizzare le caratteristiche delle tecniche studiate.
• Capacità di apprendimento: sviluppo delle capacità di approfondimento degli argomenti trattati nel corso attraverso lo studio in autonomia di articoli scientifici appositamente suggeriti

Il risultato di apprendimento atteso principale è l’acquisizione di una capacità progettuale del sistema di accesso grazie alla padronanza di teorie matematiche essenziali alla modellizzazione del sistema di accesso, in particolare la teoria statistica dei processi aleatori tempo-discreti e la teoria delle code.

La capacità progettuale è consolidata concretamente attraverso l’acquisizione di abilità sull’utilizzo di strumenti di simulazione per l’analisi di prestazioni di sistemi complessi, e in particolare lo sviluppo di: a) conoscenze e capacità di comprensione di tecniche di multiplazione (TDMA, FDMA, CDMA, SDMA, NOMA), algoritmi e protocolli per l’accesso al mezzo wireless (Medium Access Control, MAC) e il controllo della risorsa in reti wireless anche in condizioni di condivisione della risorsa tra reti (radio cognitiva); b) capacità di applicare conoscenza e comprensione nell’ analisi e dimensionamento di reti wireless in funzione del traffico offerto e del protocollo di accesso adottato sia attraverso l’approccio analitico che con l’utilizzo di strumenti software per la simulazione di singoli link o di reti; c) autonomia di giudizio nell’ affrontare un progetto di dimensionamento di una rete wireless identificando vincoli e obiettivi imposti sugli indici prestazionali, selezionando lo strumento o gli strumenti più opportuni per completare in modo corretto ed efficiente il progetto stesso; d) saper esporre coerentemente e chiaramente tematiche relative all’accesso al mezzo nelle reti wireless, combinando la padronanza della trattazione analitica con la capacità di sintetizzare le caratteristiche delle tecniche studiate; e) capacità di approfondimento degli argomenti trattati nel corso attraverso lo studio in autonomia di articoli scientifici appositamente suggeriti.

 Politiche di assegnazione della risorsa (es. le frequenze)

o Suddivisione contro condivisione. Sistemi aperti contro sistemi chiusi

o Coesistenza e cooperazione tra sistemi

o Condivisione della risorsa in modo ortogonale, quasi-ortogonale e non-ortogonale.

 Sistema di comunicazione multi-utente (MU)

o Tecniche di canalizzazione ortogonale nel tempo, nella frequenza, nello spazio di codice, nello spazio

• sistemi a portante singola e multipla: TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA
• sistemi multi-antenna (MU-MIMO): SDMA
• sistemi a portante impulsiva: DS-Impulse radio, TH-Impulse radio

o Legame tra accesso e sincronizzazione

o Architettura di comunicazione tradizionali FDD e TDD, vs. Full-Duplex

o Modelli di Interferenza e analisi di prestazioni

• Ipotesi “Standard Gaussian Approximation”
• Modello basato sulla collisione di impulsi
• Prestazioni teoriche: Capacità di canale per sistemi multi-utente

o Gestione e cancellazione dell’interferenza

o Tecniche di canalizzazione non ortogonale NOMA

 Modelli statistici per i sistemi di accesso

o Processi di nascita e morte

 Processo di pura nascita

 Processo di pura morte

 Processo di Poisson a tasso fisso e variabile

 Caratteristiche del processo di Poisson: momenti del primo e del secondo ordine, distribuzione dei tempi di interarrivo

o Processi e catene di Markov

 Definizione e caratteristiche di un processo di Markov

 Definizione e caratteristiche di una catena di Markov

 Analisi e descrizione di una catena di Markov: probabilità di stato, probabilità di transizione di stato, diagrammi di transizione di stato

 Catene di Markov omogenee e stazionarie

 Catene di Markov periodiche/aperiodiche, ricorrenti nulle, ricorrenti non nulle, ergodiche

o Teoria delle code

 Definizione di sistema a coda

 Classificazione dei sistemi a coda

 Probabilità di stato steady state e condizioni per la loro esistenza

 Esempi di sistemi a coda: M/M/1, M/M/1/k

 Allocazione di risorse

o Accesso aleatorio

 ALOHA, slotted-ALOHA e sua stabilizzazione, effetto cattura, CSMA, terminale nascosto e esposto, Hand-shaking, MACA

o Accesso regolamentato (scheduling)

 Polling centralizzato e distribuito

• Determinazione del tempo medio nel sistema ed in coda
• Numero medio di pacchetti nel sistema e in coda
• Impatto delle statistiche dei tempi di servizio e di interarrivo sulle prestazioni del sistema

 Gestione della risorsa in sistemi aperti: Coesistenza e reti cognitive

o Spectrum sensing individuale e cooperativo

o Pilot channel e comunicazioni inter-sistema

o Routing cognitivo

o Applicazione di tecniche di intelligenza artificiale e machine learning alla classificazione di emissioni radio

 Standard MAC per reti wireless: IEEE 802.11, IEEE 802.15.1, 802.15.3, 802.15.4, 3GPP (4G,5G,6G)

• Introduzione. Definizione di un sistema di accesso, esempi 5G, IoT
• Confronto teoria-simulazione per un collegamento BPSK
• Generazione e analisi di topologie di rete per via simulativa
• Accesso Multiplo: TDMA, FDMA, CDMA
• Dimensionamento sistema TDMA
• Dimensionamento sistema CDMA Direct Sequence
• Accesso Multiplo: OFDMA
• Accesso Multiplo: SDMA
• Dimensionamento sistema OFDMA
• Interferenza multiutente: definizione e modelli
• CDMA in ipotesi SGA, Pursley
• Valutazione di prestazioni in presenza di interferenza multiutente con e senza power control
• Gestione e cancellazione dell’interferenza multi-utente
• implementazione di un sistema a cancellazione di interferenza
• Accesso non ortogonale: NOMA
• Limiti teorici per sistemi multi-utente
• Capacità di canale multi-utente
• Approfondimenti sui sistemi multi-utente
• Processi e catene di Markov
• Analisi delle proprietà di una catena Markov
• Implementazione di una catena di Markov
• Processi di Poisson
• Verifica delle proprietà di un processo di Poisson
• Implementazioni basate sul processo di Poisson
• Sistemi a coda
• Coda MM1
• Coda MM1k
• Accesso aleatorio ALOHA
• Implementazione di una rete ALOHA
• CSMA

L'esame è costituito da una prova scritta, consistente in un progetto da sviluppare utilizzando gli strumenti di simulazione utilizzati nel corso (Matlab, Octave), e da una prova orale che verte sui contenuti delle lezioni e delle esercitazioni svolte in aula. Le due prove hanno stesso peso nel determinare la votazione finale.

Dispense a cura dei docenti in preparazione della monografia "Wireless Access in Communication networks"

Articoli scientifici di approfondimento selezionati dai docenti

BiBLIOGRAFIA

Dimitri P. Bertsekas and Robert G. Gallager, "Data Networks," (2nd edition) Prentice Hall, 1992, ISBN 0132009161