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Introduzione alla Elettronica Nucleare Segnali impulsivi – definizioni – il dominio delle frequenze – la banda passante.

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Presentazione sul tema: "Introduzione alla Elettronica Nucleare Segnali impulsivi – definizioni – il dominio delle frequenze – la banda passante."— Transcript della presentazione:

1 Introduzione alla Elettronica Nucleare Segnali impulsivi – definizioni – il dominio delle frequenze – la banda passante

2 A. Cardini / INFN Cagliari2 Per estrarre linformazione dai rivelatori e necessario che il segnale sia processato da un sistema elettronico – ad esempio: –Distinguere diversi segnali –Estrarre linformazione sullenergia –Estrarre linformazione temporale In fisica nucleare linformazione e tipicamente sotto forma di segnali impulsivi, in corrente o tensione, e linformazione viene da una o piu caratterstiche del segnale, ad esempio lampiezza, la polarita, la forma del segnale, il tempo al quale si osserva un dato segnale Questo e diverso da quanto avviene in altri sistemi, ad esempio nei segnali in onda continua, dove linformazione e contenuta nella modulazione in ampiezza o in frequenza di un segnale sinusoidale Segnali impulsivi

3 A. Cardini / INFN Cagliari3 Terminologia Baseline il livello al quale il segnale, decadendo, tende asintoticamente Ampiezza ( o p.h.) Dalla baseline (locale) al suo massimo Larghezza Larghezza a mezza altezza (FWHM) Leading edge Il primo fronte del segnale Falling (trailing) edge Lultimo fronte del segnale Rise time Tempo impiegato dal segnale per passare dal 10% al 90% della sua ampiezza Fall time Tempo impiegato dal segnale per decadere dal 90% al 10% della sua ampiezza

4 A. Cardini / INFN Cagliari4 Terminologia (2) I segnali possono essere unipolari o bipolari Unipolari: un solo lobo Bipolari: attraversano la baseline Analogici: linformazione e codificata in modo continuo in una caratteristica del segnale (ampiezza, forma), proporzionale al valore dellinformazione (ad esempio lenergia) Digitali: i segnali hanno solo un numero discreto di stati (tipicamente 0 e 1), codificati in qualche modo. Anche se trasportano meno informazione rispetto ad un segnale analogico, sono piu affidabili in quanto e piu difficile che linformazione sia deteriorata

5 A. Cardini / INFN Cagliari5 Segnali lenti e veloci Distingueremo nel seguito segnali veloci e lenti: –Veloci: tempi di salita di alcuni nanosecondi o meno –Lenti: tempi di salita di ~100 ns o piu I segnali veloci si usano nelle applicazione di timing e ad alte frequenze di conteggio I segnali lenti si usano in spettroscopia essendo piu immuni al rumore Facciamo questa distinzione perche i segnali veloci sono piu facilmente distorti da piccole componenti capacitive, induttive e resistive parassite presenti nei circuiti e nelle loro interconnessioni: se ho un RC parassita, = RC puo essere dello stesso ordine di grandezza della durata di un segnale veloce ma e trascurabile per un segnale lento Inoltre i segnali veloci possono essere distorti dalle riflessioni nelle interconnessioni, perche questi segnali hanno durate paragonabili ai tempi di transito

6 A. Cardini / INFN Cagliari6 Banda passante Finora abbiamo guardato i segnali nel tempo. E importante pero, in elettronica nucleare, considerare i segnali in termini di componenti spettrali La trasformata di Fourier ci dice che ogni segnale f(t) puo essere decomposto in una sovrapposizione di segnali sinusoidali puri Dove g( ) e la trasformata di Fourier di f(t). Invertendo si ha

7 A. Cardini / INFN Cagliari7 Banda passante (2) Tutte le frequenze giocano un ruolo nello shaping del segnale f(t), quindi per poter trasmettere correttamente il segnale un sistema deve rispondere in modo uguale per tutte le frequenze. Questo in pratica e impossibile, ci saranno delle componenti resistive o reattive che filtreranno alcune componenti invece di altre, limitando la risposta del sistema ad un certo intervallo di frequenze Questa a lato e la curve di risposta tipica di un sistema, e lintervallo di frequenze delimitato dai punti in cui la risposta scende a -3 dB e chiamata banda passante del sistema

8 A. Cardini / INFN Cagliari8 Effetto della banda passante Prendo la trasformata di Fourier g( ) di un impulso rettangolare f(t) e ne faccio la trasformazione inversa limitando il mio range di integrazione fino ad una certa frequenza di taglio f

9 A. Cardini / INFN Cagliari9 Effetto della banda passante (2) Una minima banda passante f 1/T e necessaria per fornire una ragionevole approssimazione dellimpulso Cosa ho imparato? Se devo trattare impulsi da 5 ns ho bisogno di bande passanti in eccesso a 200 MHz La tipica elettronica nucleare ha bande passanti dellordine di 500 MHz Puo anche essere definito un limite inferiore; trattando esclusivamente segnali veloci, non siamo troppo interessati a quello che succede sotto i 100 kHz Non e facile avere sistemi con bande passanti di 500 MHz!


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