Scheda programma d'esame
RF TRANSCEIVER DESIGN
FRANCESCO PIERI
Academic year2022/23
CourseTELECOMMUNICATIONS ENGINEERING
Code901II
Credits6
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
PROGETTAZIONE DI TRANSCEIVER A RADIOFREQUENZAING-INF/01LEZIONI60
FRANCESCO PIERI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Gli studenti che superano il corso conoscono la struttura di un front-end a radiofrequenza e sono in grado di comprendere i concetti fondamentali del progetto di blocchi circuitali elementari di un front-end a radiofrequenza (LNA, oscillatori, mixer, amplificatori di potenza); conoscono l'effetto di differenti specifiche di progetto (rumore, guadagno, potenza, etc.) sul progetto di ciascun blocco.

Knowledge

The student who successfully completes the course demonstrates knowledge of the structure of a RF communication system and will be able to understand the basics of the electronic design of the elementary circuit blocks of a radio communication system, i.e. LNAs, oscillators, mixers, power amplifiers, also by using commercial EDA tools; will know the impact of the different system design specifications (on the gain, output power, noise performance, power requirements, etc.) on the design of each block.

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica finale è composta, a scelta dello studente,

  1. da una prova scritta (50% del voto finale) ed una orale (50% del voto finale), da svolgersi al termine del corso. Nella prova orale (25-45 minuti, 2-3 domande) si richiede che lo studente dimostri una conoscenza del programma del corso e delle relazioni fra i vari argomenti, mediante discussione di domande (anche nella forma di brevi esercizi quantitativi) legate al programma, presentando gli argomenti in forma chiara ed organizzata;

    o, in alternativa,

  2. da prove progettuali con software EDA (50% del voto finale) da svolgersi durante il corso, e da una prova orale (50% del voto finale) da svolgersi al termine del corso. Nella prova orale (25-45 minuti, 1-2 domande) si richiede che lo studente dimostri una conoscenza del programma del corso e delle relazioni fra i vari argomenti, mediante discussione di domande (anche nella forma di brevi esercizi quantitativi) legate al programma, presentando gli argomenti in forma chiara ed organizzata.

Modalità di verifica delle conoscenze:

  • prova scritta (secondariamente)
  • prova orale (principalmente)
Assessment criteria of knowledge

The student can choose between two different forms for the final exam:

  1. A written exam (50% of final grade) and an oral exam (50% of final grade), to be taken at the end of the course. In the final oral exam (25-45 minutes, 2-3 questions) the student is required to demostrate knowledge of the course programme and the interrelation between the different programme parts by discussing questions (which can also take the form of short numerical exercises) related to the course contents, presenting their arguments in an organized and clear fashion.

    or, alternatively,

  2. EDA projects (50% of final mark), assigned during the course, and oral exam (50% of finale mark), to be taken at the end of the course.  In the final oral exam (25-45 minutes, 2-3 questions) the student is required to demostrate knowledge of the course programme and the interrelation between the different programme parts by discussing questions (which can also take the form of short numerical exercises) related to the course contents, presenting their arguments in an organized and clear fashion.

Assessment methods for knowledge:

  • written exam (to a lesser extent)
  • oral exam (mainly)
Capacità

Gli studenti che superano il corso sono in grado di effettuare il progetto preliminare di circuiti elettronici elementari costituenti un front-end a radiofrequenza (LNA, oscillatori, mixer, amplificatori di potenza), anche con l'ausilio di software EDA commerciali, e sono in grado di confrontare differenti soluzioni circuitali per ciascun blocco in base ai trade-off sulle specifiche (rumore, guadagno, potenza, etc.) e di valutare l'effetto di ciascun blocco sulle prestazioni di un ricevitore/trasmettitore.

Skills

The student who successfully completes the course will be able to perform the preliminary design of basic electronic circuit blocks (LNAs, oscillators, mixers, power amplifiers) of a RF front-end, also with the aid of a commercial EDA software, and will be able to select between different implementations of these blocks based on performance trade-offs (noise, gain, power, etc.) and to evaluate the impact of each block on the receiver/transmitter performances.

Modalità di verifica delle capacità

La verifica finale è composta, a scelta dello studente,

  1. da una prova scritta (50% del voto finale) ed una orale (50% del voto finale), da svolgersi al termine del corso. La prova scritta (2 ore di durata, 2 domande) mira a verificare la capacità degli studenti ad effettuare semplici progetti di blocchi elettronici relativi al programma del corso. L'accesso alla prova orale è consentito con un punteggio della prova non minore di 14/30. Esempi di prove scritte vengono presentati e risolti durante il corso.

    o, in alternativa,

  2. da prove progettuali con software EDA (50% del voto finale) da svolgersi durante il corso, e da una prova orale (50% del voto finale) da svolgersi al termine del corso. Le prove progettuali (3-5 prove) mirano a verificare la capacità degli studenti ad effettuare semplici progetti di blocchi elettronici relativi al programma del corso tramite l'uso di un software EDA commerciale. L'accesso alla prova orale è consentito con un punteggio medio delle prove progettuali non minore di 14/30. 

Modalità di verifica delle capacità:

  • prova scritta/progettuale (principalmente)
  • prova orale (secondariamente)
Assessment criteria of skills

The student can choose between two different forms for the final exam:

  1. A written exam (50% of final mark) and an oral exam (50% of final mark), to be taken at the end of the course. The written exam (2 hours, 2 questions) is aimed at verifying the ability of the student to perform a simple quantitative electronics design pertaining to the course programme. Access the oral exam is allowed only for grades not less than 14/30 in the written exam. Sample written tests will be presented and solved during the course.

    or, alternatively,

  2. EDA projects (50% of final grade), assigned during the course, and oral exam (50% of final grade), to be taken at the end of the course. The projects (3-5) are aimed at verifying the ability of the student to perform a simple quantitative electronics design pertaining to the course programme by using a commerciali EDA software. Access the oral exam is allowed only for grades not less than 14/30 in the written exam.

Assessment methods for skills:

  • written exam (mainly)
  • oral exam (to a lesser extent)
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Elettronica

  • Comportamento per grandi segnali e polarizzazione dei transistori
  • Circuiti equivalenti di piccolo segnale dei transistori

Teoria dei circuiti

  • Soluzione in DC e in regime sinusoidale di reti lineari
  • Manipolazioni circuitali (partitori di tensione/corrente, trasformazioni serie/parallelo, etc.)

Teoria dei segnali

  • Trasformata e serie di Fourier
  • Fondamenti di processi aleatori

Campi elettromagnetici

  • Teoria delle linee di trasmissione
  • uso della carta di Smith
Prerequisites

Electronics

  • Large signal behavior and bias networks of transistors
  • small-signal equivalents of transistors

Network theory

  • Solution of generic linear networks, both in DC and steady-state sinusoidal
  • Network manipulation: current/voltage dividers, parallel to series, etc.

Signal theory:

  • Fourier transform, Fourier series
  • Basics of random processes

Electromagnetics

  • Transmission lines theory
  • working knowledge of the Smith chart
Indicazioni metodologiche

Metodo: lezioni frontali assistite da slides, esercitazioni frontali.

Attività:

  • frequenza delle lezioni
  • esercitazioni
  • studio individuale
  • risoluzione di problemi individuale

La frequenza è consigliata.

Teaching methods

Delivery: face to face, slide assisted lectures

Learning activities:

  • Lecture attendance
  • Class problem solving
  • Individual study
  • Individual problem solving

Attendance is advised. 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Parametri di quadripolo e parametri di scattering (S). Transistori a RF. Non-linearità nei circuiti a RF. Rumore nei bipoli e nei quadripoli, cifra di rumore.

Architetture di ricetrasmettitori. Ricevitori eterodina. Oscillator pulling. Ricevitori sliding-IF. Homodyne (direct conversion) receivers. Trasmettitori.

Analisi degli amplificatori a RF: stabilità, cifra di rumore, guadagno. Sintesi di reti di adattamento. Tecniche di progetto per amplificatori a RF.

Componenti passivi per RF: induttori, condensatori, risonatori. Caratteristiche di filtri passivi.

Mixer. Parametri di merito. Mixer attivi e passivi. Mixer a reiezione della frequenza immagine.

Topologie di oscillatori. Criterio di Barkhausen. Progetto di oscillatori.

Amplificatori di potenza. Rendimento e potenza normalizzata. Architetture: amplificatori in classe A, AB, B, C. Amplificatori push-pull. Amplificatori ad alta efficienza.

Syllabus

two-port parameters, scattering (or S) parameters. RF Transistors. Non-linearity in RF circuits. Noise in one-port and two-port networks, Noise Figure.

Transceiver architectures. Etherodyne receivers. Trascinamento degli oscillatori. Ricevitori a FI variabile. Ricevitori omodina (a conversione diretta). Trasmettitori.

Analysis of RF amplifiers: stability, gain, noise characteristics. Matching network synthesis. Design methods for RF amplifiers.

Passive components: inductors, capacitors, resonators. Properties of passive RF filters.

RF Oscillators. Basic theory. Barkhausen criterion. Analysis and design. Basic oscillator topologies.

Mixers. Figures of merit of mixers, active and passive mixers. Image-rejection mixers.

Power Amplifiers. Efficiency and power utilization factor of power amplifiers. Basic PA topologies: class A, AB, B, C. Push-pull amplifiers. High-efficiency (switching) amplifiers.

Bibliografia e materiale didattico

Letture raccomandate:

  • Lucidi dalle lezioni ed esercizi forniti dal docente.
  • B. Razavi, RF Microelectronics (seconda edizione), Prentice-Hall.
  • D. Pozar, Microwave Engineering, Wiley.

 

Bibliography

Recommended readings:

  • Lecture notes and problems made available by the instructor(s).
  • B. Razavi, RF Microelectronics (2nd ed.), Prentice-Hall.
  • D. Pozar, Microwave Engineering, Wiley.

 

Modalità d'esame

Prova scritta (2 ore, 2 domande) più prova orale (25-45 minuti, 2-3 domande), oppure prove progettuali (3-5 prove) più prova orale (25-45 minuti, 2-3 domande).

Assessment methods

Written exam (2 hours, 2 questions) and oral exam (25-45 minutes, 2-3 questions), or alternatively, projects (3-5) and oral exam (25-45 minutes, 2-3 questions).

Updated: 08/08/2022 18:12