Elaborazione digitale dei segnali
(Corso nazionale INFN)
Obiettivi
Il corso si propone di trattare le tecniche di elaborazione digitale dei segnali nei moderni sistemi elettronici operanti in tempo reale.
Saranno discusse le caratteristiche del segnale campionato e le condizioni per ricostruire il segnale originale. Con la trasformata discreta di Fourier verrà effettuata la stima spettrale del segnale e saranno evidenziate le tecniche per ottimizzare la risoluzione e la dispersione della stima.
Sarà analizzato il rapporto segnale rumore nei convertitori analogico-digitale reali in funzione del rumore e delle non-linearità. Inoltre, sarà illustrata l’architettura dei moderni oscilloscopi digitali real-time a larghissima banda.
Con l’aiuto di programmi di simulazione saranno illustrate le tecniche di progettazione di filtri digitali a risposta finita (FIR) e infinita (IIR) ed, inoltre, verrà mostrato come implementare un filtro digitale in un FPGA .
Scopo del corso è quello
di mostrare, con esempi e spiegazioni intuitive, quali sono i parametri da
considerare per ottimizzare una catena di acquisizione ed elaborazione digitale
di segnali.
Durante la seconda parte di ogni giornata sarà illustrata, con esempi pratici, la progettazione e la simulazione di filtri digitali con MATLAB e con altri software commerciali ed, inoltre, saranno presentati progetti reali di filtri digitali realizzati in componenti programmabili di tipo FPGA con DSP integrati.
Target
Il corso è rivolto ai dipendenti INFN che hanno attività nel campo dell’elettronica ed hanno interesse ad approfondire le tecniche di elaborazione digitale di segnali.
Lezioni teoriche con sussidi didattici (audiovisivi, etc.) ed esempi pratici con l’ausilio di software su Personal Computer. Ogni giornata è divisa in due parti in cui la seconda parte sarà essenzialmente a carattere teorico/pratico e dedicata ad esempi e simulazioni con l’utilizzo di software di sviluppo commerciale.
Responsabile:
Ing.I.D’Antone del Centro di Elettronica della Sezione di Bologna.
Docenti:
I.D’Antone (INFN Bologna) , R.Travaglini (INFN Bologna) , M.Mastrofini (Teledyne-LeCroy).
Programma preliminare
(Il corso ha la durata di 2 giorni e mezzo)
Giorno1
Mattina (I.D’Antone)
· Teorema del campionamento. Trasformata discreta e veloce di Fourier. Decimazione e interpolazione. Stima spettrale. Analisi del rumore negli ADC reali. Progettazione di Filtri digitali FIR e IIR e loro implementazione hardware.
Pomeriggio (I.D’Antone)
· Tutorial su MATLAB.
Progettazione di filtri digitali con MATLAB, SIMULINK e confronto con LABVIEW.
Esempi di filtri equalizzatori e filtri digitali per la riduzione del rumore. Esempi di elaborazione digitale di segnali audio e di immagini.
Giorno2
Mattina (R.Travaglini)
· Dai coefficienti del filtro digitale alla descrizione VHDL. Confronto tra diversi flussi di progetto. Presentazione di progetti reali di filtri digitali realizzati in componenti programmabili commerciali di tipo FPGA e DSP integrati.
Pomeriggio (M.Mastrofini)
· Architettura dei moderni oscilloscopi digitali. Caratteristiche fondamentali. Tipi di misure ed esempi pratici.
Giorno3
Mattina (I.D’Antone)
· Elaborazione digitale di impulsi (DPP, Digital Pulse Processing) per la misura di ampiezza (filtraggio rumore, formatura digitale) e per la misura di tempo (filtri per il timing, TDC ad alta risoluzione). Sistemi di controllo digitali.
Oltre Fourier: analisi di segnali mono e bidimensionali con la trasformata wavelet.