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La prima parte del corso tratta tecniche e circuiti per l'estrazione e l’elaborazione dell'informazione nella strumentazione elettronica, con particolare riferimento all'interfacciamento di sensori. Sono affrontati l'amplificazione del segnale e la riduzione dei contributi indesiderati di disturbo dovuti a rumore, interferenza e grandezze di influenza, nell'ottica complessiva di massimizzare il rapporto segnale-disturbo.
La seconda parte del corso riguarda sensori e microsistemi elettromeccanici (MEMS). Sono affrontati effetti di trasduzione, tecnologie costruttive, e interfacciamento a circuiti elettronici di trattamento del segnale.
Sono presentati metodi di sviluppo e esempi di dispositivi e sistemi, applicazioni attuali in ambito industriale e recenti tendenze di ricerca, tra cui energy harvesting per alimentazione di sensori wireless e Internet of Things, sistemi wearable per parametri fisiologici..

1. Concetti generali
Misura, informazione, segnale. Disturbi, rumore, interferenza. Grandezze di influenza.

2. Amplificazione, rumore, interferenza
Amplificazione DC e AC. Rumore elettronico nei circuiti, rapporto segnale/rumore. Interferenze elettromagnetiche (EMI) e loro contenimento nei collegamenti cablati.

3. Tecniche di estrazione dell'informazione e miglioramento del rapporto segnale-disturbo
Modulazione e demodulazione. Rilevazione sensibile alla fase. Lock-in. Filtraggio. Tecniche di media (averaging). Correlazione.

4. Richiami su sensori, attuatori e sistemi di trasduzione
Caratteristiche e ruolo in differenti applicazioni, dai principi di trasduzione alla realizzazione di sistemi e microsistemi basati su sensori e attuatori.

5. Tecnologie di microlavorazione e MEMS
Tecnologie di microfabbricazione e microlavorazione del silicio (silicon micromachining): sviluppo e evoluzione di microdispositivi e MEMS (MicroElectroMechanical Systems). Il silicio come materiale per sensori: proprietà strutturali, elettriche e meccaniche. Microlavorazione di superficie e di volume (surface e bulk micromachining). Processi di fabbricazione: deposizione, litografia, attacco chimico e fisico (etching) e definizione di geometrie, assemblaggio e incapsulamento (bonding e packaging).

6. Progetto di sensori e MEMS
Effetti fisici utilizzati in sensori e MEMS: piezoresistivo, piezoelettrico, piroelettrico, termoelettrico, capacitivo-resistivo-induttivo e a variazione di impedenza. Configurazioni di sensori: ad anello aperto, retroazionate ad anello chiuso (servo), risonanti. Metodi di ausilio alla progettazione: descrizione analitica, elasticità nei solidi, modellizzazione mediante analogie elettromeccaniche e elettrotermiche, simulazioni numeriche a elementi finiti, progettazione assistita al calcolatore. Esempio di utilizzo di strumenti di progettazione software applicato a un processo tecnologico per sensori e MEMS.
Analisi e soluzioni di sviluppo di sensori e MEMS, per esempio per la misura di microdeformazione (strain), pressione, forza, accelerazione, inclinazione, massa, proprietà di film e di liquidi.

7. Sistemi e applicazioni
Sensori e circuiti elettronici di interfaccia e elaborazione del segnale: sistemi a blocchi discreti, microsistemi integrati, sensori intelligenti (smart). Sensori a uscita cablata e senza cavo (wireless). Interfacce di uscita e collegamento tra sensori. Alimentazione di sensori: sorgenti di alimentazione esauribili, ricaricabili, alimentazione tramite tecniche di recupero di energia dall'ambiente (energy harvesting), sensori autonomi.

8. Attività sperimentale e progettuale di laboratorio
Approfondimento di temi specifici riguardanti circuiti elettronici di interfaccia per sensori e microsistemi, MEMS e strumentazione attraverso implementazioni hardware e/o software.