Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica
Università di Cagliari, Italy

Insegnamento: Strumentazione e Misure Elettroniche (VO)
Settore: ING-INF/01
Codice: 3790
Calendario: Corso a scelta 
Corso di Laurea: Ing. Elettronica
Ore di Lezione: 100
Crediti: 0
Svolgimento: Prova scritta integrata da orale facoltativo o prova pratica
Pagina Web:
Docente: Prof. Martines Giovanni - email: martines@diee.unica.it

Argomenti del corso Lez. Eser. Lab.
Introduzione e richiami di teoria delle misure: concetto di misura e standardizzazione, misura diretta e indiretta, prestazioni di un sistema di misura in termini di errore (risoluzione, ripetibilità, precisione), principali metodologie di misura, errori sistematici e casuali, concetto di calibrazione e tracciabilità5--
Sistemi automatici di misura (ATE): storia della evoluzione della strumentazione elettronica e della elaborazione dei dati sperimentali; sistemi di misura per il progetto, il collaudo e la produzione, criteri per la valutazione e la progettazione di un sistema di misura; ambienti di sviluppo orientati all'ATE, architettura e valutazione degli ambienti di sviluppo più diffusi (Labview e HP VEE), instrument driver, interfacce più comuni nell'ATE, simulazione del sistema di misura nella progettazione e nella elaborazione dei dati sperimentali5--
Analisi di segnale: concetto di analisi di segnale nelle misure elettroniche, schema a blocchi di un sistema di misura per analisi di segnale, analisi nel dominio del tempo e della frequenza, caratteristiche della strumentazione per analisi nel dominio del tempo e della frequenza; spettri di frequenza delle forme d'onda più comuni nei sistemi di misura, effetti della risposta in frequenza del sistema di misura nell'analisi di segnale, campionamento e quantizzazione nelle misure elettroniche, effetti del campionamento nel dominio del tempo con funzioni reali, effetti della quantizzazione del segnale campionato, scelta del tempo di apertura in funzione della banda e del quantum, distorsione da aliasing, filtri anti-alias analogici e digitali e sistemi di misura a frequenza di campionamento variabile, proprietà della DFT (Discrete Fourier Transform) e della FFT (Fast Fourier Transform), funzioni di troncamento e distorsione da dispersione, proprietà della funzione di troncamento di Hanning e di Chebyshev, campionamento nel dominio della frequenza e FFT inversa84-
Rumore nelle misure: rumore di modo normale e di modo comune, tecniche per la riduzione degli effetti del rumore di modo comune, metodi statistici per la riduzione degli effetti del rumore di modo normale (media, valore quadratico medio, correlazione incrociata, autocorrelazione e funzioni di autocorrelazione più comuni4--
Analisi di rete (sollecitazione/risposta): concetto di analisi di rete, analisi di rete su sistemi lineari e non lineari; criteri per la scelta della sollecitazione, metodologie per la misura e l'analisi della risposta di sistemi lineari; metodologie per la misura e l'analisi della risposta di sistemi non lineari4--
Generatori di segnale: generatori di segnale di riferimento e loro caratteristiche, generatori di funzioni, di segnali RF, sweep generators, generatori di impulsi; sintetizzatori di frequenza a sintesi diretta e indiretta, generatori di forma d'onda arbitraria, word generator, generatori di rumore62-
Misure con l'oscilloscopio digitale (DSO): criteri per la scelta delle prestazioni, la funzione del trigger, correlazione fra frequenza di campionamento, profondità di memoria e banda passante in tempo reale; problema dei tempi morti e criteri per la scelta della funzione di trigger; funzionamento in tempo reale, ripetitivo casuale e ripetitivo sequenziale; modi di visualizzazione (normale, peak detect, persistence), tipi di visualizzazione (raster, vettoriale, interpolata). Sonde per oscilloscopio e criteri per la scelta della sonda più adatta alla procedura di misura, influenza delle prestazioni della sonda sulla misura, metodologie per la correzione degli errori sistematici. Misura automatica di parametri della forma d'onda, uso degli istogrammi104-
Analizzatore di spettro (SA): principio di funzionamento, schema a blocchi di SA a banco di filtri e spazzolato, filtri IF e Resolution Bandwidth (RBW), risoluzione di frequenza e campo dinamico, effetti della modulazione di frequenza residua e del rumore di fase degli oscillatori interni, sweep time ed errori correlati, problemi di visualizzazione dello spettro, filtri digitali per migliorare la risoluzione, filtraggio analogico e numerico per la riduzione del rumore (video filter), modi di visualizzazione (samples, pos-peak, neg-peak, rosenfell). Funzionamento in armonica:, frequenze immagini e risposte multiple, metodi di identificazione del segnale negli SA con conversione armonica (immagine, shift, preselezione). Criteri di scelta dello SA sulla base delle specifiche (campo di frequenza, precisione di frequenza e di ampiezza, risoluzione, sensibilità, distorsione, campo dinamico e di visualizzazione). Effetti sulla misura della fedeltà del display, misure di frequenza e ampiezza assolute e relative, tecniche di calibrazione, scelta del guadagno del pre-amplificatore per minimizzare gli errori e massimizzare la dinamica, effetti del rumore e della non linearità. Funzionalità aggiuntive: AM/FM detector, time domain, time gating, tracking generator, misure di rumore. FFT Spectrum Analyzer (DSA): Analizzatore di spettro con DSO dotato di FFT, band selectable analysis, scelta della finestra di troncamento e leakage error (uniform, flat, hanning), effetti della larghezza di banda in tempo reale.102-
Analizzatore di reti vettoriale (VNA): campo di applicazione, misure di caratterizzazione e di distorsione. Richiami su linee di trasmissione e carta di Smith, parametri di diffusione (S). Misura di parametri S e di ritardo di gruppo con VNA. Schemi a blocchi del VNA e caratteristiche del generatore di segnale, la sezione per la separazione dei segnali (divisore di potenza, accoppiatore direzionale, ponte direzionale), errori dovuti al disadattamento, errori dovuti al fattore di accoppiamento, alla direttività e all'isolamento, il ricevitore accordabile e gli errori derivanti dalla dinamica limitata e dalle interferenze. Confronto di prestazioni fra front end basati su mixer e campionatori. Schemi a blocchi per VNA di basse e alte prestazioni. Voltmetro vettoriale (schema a blocchi, principio di funzionamento, misura di fase). Test set tipo T/R e S parameter. Prestazioni di VNA a 3 e 4 porte con particolare riferimento ai problemi di calibrazione. Display e process limit di un VNA. Schema a blocchi del processo di elaborazione dei dati misurati e gestione delle procedure di calibrazione e di misura. Gestione di strumentazione esterna via GP-IB. Tecniche di correzione degli errori e modelli d'errore (directivity, source mismatch, load mismatch, cross talk, reflection e transmission response). Tecniche di calibrazione response, one port, full two ports. Kit di calibrazione e procedure di calibrazione SOLT, TLR, LRM, TRM. Calcolo della incertezza di misura con le varie tecniche di calibrazione. Tecniche di calibrazione per misure su dispositivi non inseribili (swap adapter, adapter removal). Esempi di misura della risposta in frequenza e della compressione. Misure su dispositivi in test fixture. Misure su amplificatori di potenza. Misure riflettometriche con VNA dotato di FFT e uso del gating124-
Esercitazioni in Laboratorio (su strumentazione virtuale e reale):Effetti della risoluzione del display digitale nella misura. Simulazione effetti del campionamento e del time gating in un DSO. Misure di fase nel dominio del tempo. Applicazione e limiti della funzione di correlazione incrociata nei sistemi a tempo discreto. effetti dell'elaborazione numerica dei segnali (filtering, time record, windowing). Uso di un generatore di forma d'onda arbitraria(virtuale). Uso di un DSO.(virtuale). Misure con un DSO (HP 54540). Uso di un DSA (FFT SA): scelta della windowing function. Misure con un SA (mod. HP 8563E). Uso di VNA (mod. HP 8720). Procedura di calibrazione e caratterizzazione di un filtro con VNA--20
TOTALE: 100641620


Testi consigliati:
  • G. Martines, Copia commentata dei trasparenti presentati a lezione - ,
  • , Note applicative dei principali produttori di strumentazione elettronica - ,
  • G.Ciccarella, P. Marietti, A. Trifiletti, Strumentazione e misure elettroniche - Casa Editrice Ambrosiana, 2001