96492 - CIRCUITI DI MISURA PER SENSORISTICA E STRUMENTAZIONE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede le conoscenze necessarie per effettuare l’analisi e la progettazione di canali di acquisizione A/D utilizzati nelle architetture tipiche della strumentazione a campionamento, o applicati a segnali provenienti da sensori. Inoltre, lo studente è in grado di analizzare ed elaborare i dati sperimentali per giungere ad un corretto risultato di misura, prendendo in considerazione le principali non-idealità identificate negli strumenti, nei componenti e nei circuiti elettronici del banco di misura, e sulla base degli standard e della normativa internazionale. In particolare lo studente: conosce e progetta i principali circuiti analogici per l’interfacciamento dei sensori e l’elaborazione analogica dei segnali; conosce le architetture dei convertitori analogico-digitali e digitale-analogici ed i principali algoritmi per il digital signal processing in ambito sperimentale; comprende le specifiche dei canali di acquisizione A/D per sensori e strumentazione, ed è in grado di progettarli e caratterizzarli sperimentalmente.

Contenuti

- Fondamenti di metrologia

• Elementi fondamentali (unità di misura, riferibilità, terminologia)
  
• L'incertezza di misura (come da GUM-JCGM)
• Legge di propagazione dell'incertezza
  
• Il catena d'acquisizione sensoriale

- Caratterizzazione metrologica dei sensori e loro componenti (trasduttori, circuiti)

• Caratterizzazione a regime statico e dinamico
• Sorgenti di non-idealità nei sensori e loro caratterizzazione (non-linearità, cross-sensitività, risoluzione, SNR, DR, banda)
• Caratterizzazione a regime statico e dinamico dell'amplificatore operazionale e sue non idealità (offset, correnti di perdita, slew rate, stabilità, tipologie di feedback)
• Metodi e architetture per ridurre l'offset (autozero, chopper)
• Operazionale a retroazione in corrente per sensori a larga banda.
  
• Sorgenti di rumore nei sistemi elettronici

- Interfacce analogiche per sensori

• Amplificatore per strumentazione
• Wheatstone bridge
• Convertitore corrente-tensione
• Amplificatore di carica
• Progettazione a basso rumore
• Lock-in amplifier
• Filtri attivi

- Conversione A/D e D/A

• Teoria generale della conversione A/D (quantizzazione, codifica, non linearità, ENOB)
• Principali non idealità statiche dei convertitori A/D (offset, guadagno, INL, DNL, rumore di quantizzazione)
• Sample & Hold and Track & Hold
• Principali architetture dei convertitori A/D usati nella sensoristica (Flash, pipeline, SAR, Delta-Sigma, TDC)
• Principali architetture dei convertitori D/A (R2R, C-DAC, Delta-Sigma)

- Laboratorio

• Introduzione al simulatore SPICE
• Progetto di un front-end per sensori

Testi/Bibliografia

Concetti introduttivi di sensoristica

M. Tartagni, "Electronic Sensor Design Principles", Cambridge University press, 2021

 

Interfacce e circuiti analogici per sensoristica

S. Franco, "Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits" McGraw-Hill, 2016

 

CONVERSIONE A/D E D/A

"The Data Conversion Handbook", Analog Devices, 2004. Free available online.

Metodi didattici

Sono previste lezioni frontali in aula ed esercitazioni in laboratorio che mirano al consolidamento dei concetti teorici.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza delle attività laboratoriali richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Si prevedono due metodi alternativi di valutazione a scelta dello studente:

1) Prova orale che mira a verificare l'avvenuta assimilazione dei concetti e delle conoscenze teoriche. La prova orale può prevedere anche lo svolgimento di esercizi. 

2) Svolgimento di un progetto di gruppo corredato di una relazione finale da consegnare e discutere unitamente alla prova orale. La prova orale mira a verificare l'avvenuta assimilazione dei concetti non coperti dal progetto.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Crescentini