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Pier Andrea Traverso

Professore associato

Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi"

Settore scientifico disciplinare: ING-INF/07 MISURE ELETTRICHE E ELETTRONICHE

Temi di ricerca

1. MODELLISTICA COMPORTAMENTALE DI SISTEMI DINAMICI NON LINEARI
Descrizione analitica del funzionale ingresso/uscita di sistemi non lineari con memoria, attraverso uno sviluppo serie integrale derivante da una modificazione dell'approccio classico di Volterra.

2. CARATTERIZZAZIONE SPERIMENTALE E MODELLISTICA DI CANALI DI ACQUISIZIONE DIGITALE PER STRUMENTAZIONE A CAMPIONAMENTO
Il canale di acquisizione digitale (cascata di circuiti front-end/S-H/convertitori A/D) viene rappresentato attraverso lo sviluppo di una serie integrale “tipo Volterra”, che costituisce sia un modello predittivo del comportamento del canale (fenomeni lineari dinamici, non lineari statici e non lineari dinamici), sia uno strumento per la correzione delle non idealità in esso.

3. MODELLI DINAMICI NON LINEARI DI DISPOSITIVI ELETTRONICI A MICROONDE ED ONDE MILLIMETRICHE
Sviluppo di modelli non lineari non quasi statici di transistori per microonde, comprensivi della dispersione di bassa frequenza (autoriscaldamento e fenomeni "trappola") e dei fenomeni di degrado legati a condizioni operative limite (stress elettrico).

4. MODELLI CIRCUITALI EMPIRICI NON LINEARI DI RUMORE PER DISPOSITIVI ELETTRONICI A MICROONDE
La conversione a RF del rumore LF (flicker, G-R) e la modulazione del rumore “broad-band” (diffusion-noise) sono descritte attraverso l'introduzione, nel modello circuitale del dispositivo, di generatori equivalenti di rumore ciclostazionari, controllati istantaneamente dal regime di grande segnale presente alle porte elettriche intrinseche.

5. STRUMENTAZIONE A CAMPIONAMENTO
Studio delle caratteristiche metrologiche di strumenti ad architettura innovativa e basati su tecniche di campionamento non convenzionali.

1. Il metodo si basa su di una modificazione della serie di Volterra tradizionale la cui formulazione analitica, pur mantenendo il medesimo grado di generalità dello sviluppo classico, presenta proprietà di convergenza peculiari. In particolare, in presenza di precise ipotesi riguardanti la durata del tempo di memoria del sistema, ovvero qualora tale intervallo risulti di breve estensione se paragonato al periodo tipico dei segnali in ingresso, è possibile descrivere con accuratezza il comportamento del sistema stesso attraverso lo sviluppo integrale della serie “modificata” arrestato al termine di primo ordine. Grazie alla particolare formulazione dei nuclei modificati, i quali risultano controllati non linearmente dal valore istantaneo del/dei segnale/i in ingresso al sistema, e alla natura della convoluzione in cui ciascun nucleo è coinvolto nel corrispondente termine integrale, in presenza del requisito sulla durata del tempo di memoria i contributi di ordine zero e di primo ordine dello sviluppo proposto sono infatti sufficienti, da soli, per il raggiungimento di ottimi livelli di accuratezza nella predizione della dinamica del sistema, con un errore residuo (dovuto al processo di troncamento) trascurabile anche in presenza di forti non linearità.

2. La serie di Volterra modificata ben si presta alla descrizione comportamentale ingresso/uscita di un canale di acquisizione digitale. I circuiti Sample/Hold e di conversione analogico-digitale presentano, infatti, effetti di memoria molto brevi rispetto al periodo tipico dei segnali in ingresso e lo sviluppo della serie modificata mantiene ottime capacità predittive anche quando viene arrestato già al termine del primo ordine. Il canale può quindi essere caratterizzato attraverso l'identificazione (eseguita grazie a misure all'ingresso e all'uscita, secondo un approccio di tipo comportamentale, indipendente dalla topologia e tecnologia del sistema) di un solo nucleo integrale, con grande vantaggio in termini di affidabilità, semplicità ed accuratezza delle misure, rispetto alle metodologie convenzionali. Il modello ottenuto è stato utilizzato con successo non solo per la predizione della risposta del canale, ma anche per la correzione delle non linearità (statiche e dinamiche) che corrompono la serie dei campioni all'uscita.

3. La modellistica non lineare di transistori a microonde ed onde millimetriche è particolarmente complicata a causa della compresenza di effetti non lineari e di memoria. Allo stato attuale, vengono ampiamente utilizzati modelli a circuito equivalente che descrivono il comportamento del dispositivo in termini di componenti elettrici concentrati. Questi modelli sono sufficientemente accurati per diverse applicazioni, ma si sono rivelati ampiamente inadeguati nella progettazione degli amplificatori di potenza a bassissima distorsione impiegati nei moderni ponti radio ad alta capacità. Si intendono perciò sviluppare modelli dinamici non lineari empirici in grado di fornire una accurata predizione del funzionamento in regime di debole non linearità ad alte frequenze.

4. I modelli convenzionali di rumore, basati su misure LF in regime di quiescenza al variare del bias, non sono sufficienti per descrivere accuratamente la conversione a microonde di fenomeni quali flicker e rumore di generazione-ricombinazione. Inoltre, anche fenomeni aleatori a larga banda quali il rumore shot nei bipolari subiscono effetti di modulazione riconducibili alla natura non lineare del regime in cui il dispositivo opera. L'introduzione di sorgenti di rumore “colorate” nelle equazioni non lineari a controllo di carica del transistore porta all'identificazione di generatori equivalenti di tensione o corrente di rumore posizionati alle porte del dispositivo, controllati non linearmente dai valori istantanei del regime elettrico LS, che possono essere impiegati nella progettazione di circuiti a microonde ad elevate prestazioni, quali gli oscillatori a bassissimo rumore di fase. Le leggi non lineari di modulazione che caratterizzano i generatori ciclostazionari vengono identificate integrando misure convenzionali di rumore LF al variare del bias con dati sperimentali di rumore di fase, ottenuti forzando il dispositivo in regime oscillatorio non lineare a microonde mediante un set-up di laboratorio “ad hoc”, la cui flessibilità permette di variare ampiezza e frequenza di oscillazione, nonché le caratteristiche delle reti di bias viste a LF dal dispositivo.

5. La ricerca si pone come obiettivi sia lo sviluppo di strumentazione a campionamento innovativa, sia lo studio delle caratteristiche metrologiche di questa (oltre che di quella convenzionale) attraverso tecniche originali di analisi. Gli strumenti proposti sono basati su tecniche di campionamento randomizzato, allo scopo di superare i limiti di banda digitale imposti dalla tecnica tradizionale, e sono orientati principalmente all'analisi spettrale, sia di tipo vettoriale che di potenza.

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