UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI
PAVIA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
ELETTRONICA
Interfaccia elettronica per l’amplificazione e la
selezione di segnali rilevati da fotodiodi veloci
Relatore: prof.ssa Carla Vacchi
Correlatore: Dott. Daniele Scarpa
Elaborato di laurea di
Ugo Decanis
Scopo del progetto

Realizzazione di un’interfaccia elettronica in grado di
gestire la selezione di impulsi ottici generati da un laser
funzionante in modalità mode-locking

Il progetto si inserisce all’interno di un più ampio
programma di ricerca ed è stato svolto in
collaborazione con il Laboratorio di Sorgenti Laser
Introduzione



Esisteva già un prototipo del circuito, realizzato
in una fase precedente al periodo in cui ho
progettato l’interfaccia
Ottimizzare il funzionamento del prototipo
Inserimento di nuove funzionalità
Descrizione generale del sistema
CAVITÀ LASER
FILTRO ACUSTO-OTTICO
INTERFACCIA
Struttura del circuito
Sezione implementata dal circuito realizzato
Gain
Impulsatore
Fasi della progettazione

1) Simulazione dello stadio di amplificazione

2) Realizzazione dello stadio di amplificazione

3) Realizzazione dello stadio di selezione
Caratteristiche del segnale da amplificare
Dominio del tempo ( segnale emulato
Dominio
tramite
della
simulazione
frequenza)
Simulazione dello stadio di amplificazione

Punto di partenza della
progettazione: scelta del
componente adatto
all’amplificazione del
segnale fotorilevato
Larga banda ( 1 GHz )
Slew-rate 5500 V/µs
Simulazione dello stadio di amplificazione


La fase di simulazione è stata effettuata in base
al comportamento del prototipo del circuito che
ha mostrato la tendenza da parte dell’AD8009
ad oscillare in determinate condizioni
Studio del comportamento dell’amplificatore
operazionale nel dominio del tempo e della
frequenza
Dominio della frequenza



L’AD8009 retroazionato nella configurazione a
buffer ha mostrato la presenza di poli complessi
Il prototipo nelle stesse condizioni presentava
instabilità
Sensibili differenze tra il comportamento
simulato e quello reale
Dominio del tempo
Schema di amplificazione utilizzato
Dominio del tempo
Risultato della simulazione
Simulazione di non-idealità del circuito

Ritardo sulla linea di retroazione

Carico capacitivo in uscita all’AD8009
Ritardo sulla linea di retroazione

Un ritardo nell’ ordine del nanosecondo genera
una sensibile diminuzione del margine di fase:
Carico capacitivo in uscita all’AD8009

Un carico capacitivo di 500 pF genera la
presenza di poli complessi
Soluzione consigliata
dalla casa produttrice
del componente
Realizzazione dello stadio di amplificazione

Prima fase: progettazione dello stadio di
guadagno
Realizzazione dello stadio di amplificazione

Seconda fase: realizzazione del layout
Collegamenti di retroazione Collegamento di clock
Stadio di selezione
Realizzazione dello stadio di amplificazione



Impossibilità di osservare l’uscita dello stadio di
amplificazione con la sonda dell’oscilloscopio: i
20 pF della sonda generano oscillazione.
Inserimento di una resistenza di 470 Ω in serie al
cappuccio della sonda
Viene sensibilmente filtrato il segnale amplificato
Realizzazione dello stadio di amplificazione


L’uscita del secondo operazionale saturava.
Inserimento di un trimmer all’ingresso del
circuito per la variazione dell’ampiezza del
segnale in ingresso.
Realizzazione dello stadio di selezione


Microcontrollore
PIC18F452
Impulsatore
programmabile DS1040
Programmazione del PIC



Utilizzo del compilatore JAL
Programmazione tramite un linguaggio molto
simile al codice C
Il programma implementato, tramite un
opportuno conteggio, genera un’onda quadra su
un’ uscita del PIC di frequenza inferiore rispetto
al segnale di clock
Realizzazione dello stadio di selezione

Impulsatore programmabile DS1040
Segnale di pilotaggio del dispositivo a. o.

Tramite un partitore viene generato il segnale
richiesto dal dispositivo ottico:
1 V di ampiezza su una resistenza di ingresso di
50 Ω
Conclusioni

L’ interfaccia realizzata ha mostrato una buona
capacità di attuare le funzionalità ad essa richieste.
Conclusioni

Possibilità di
selezionare un unico
impulso ottico
calcolando il tempo di
risposta del filtro e i
ritardi sul cammino
compiuto dal fascio
laser
OUT impulsatore
Impulsi di ingresso
Miglioramenti apportabili



Riguardano sostanzialmente lo stadio di
amplificazione
Progettazione della sezione di guadagno tramite
la teoria delle microonde ( adattamento delle
piste e utilizzo di apposite basette )
Utilizzo di componenti alternativi all’AD8009
quali amplificatori di trans-impedenza
Grazie per l’attenzione