Questo repository contiene lo sviluppo completo di un filtro passa-basso analogico progettato, simulato e realizzato su breadboard nell’ambito del corso Progetto di Circuiti e Sistemi Analogici M.
Il progetto segue un flusso ingegneristico completo: dalla definizione delle specifiche alla sintesi matematica, dalla simulazione alla validazione sperimentale, con particolare attenzione all’ottimizzazione dei consumi per applicazioni embedded e IoT.
Il filtro progettato soddisfa le seguenti specifiche:
- Tipo: Chebyshev
- Frequenza di taglio (fp): 53 kHz
- Frequenza di stop (fs): 63 kHz
- Attenuazione in banda passante (Amax): 2 dB
- Attenuazione in banda attenuata (Amin): 25 dB
- Guadagno DC (K): 17
Il progetto è stato orientato alla realizzazione di un circuito low-power, compatibile con applicazioni embedded.
Sono stati selezionati amplificatori operazionali con:
- Basso consumo
- Buon prodotto guadagno-banda
- Slew rate adeguato
OpAmp utilizzati:
- MC3317XP
- MCP60X (con possibilità di shutdown fino a ~700 nA)
Tramite codice MATLAB è stato determinato:
-
Ordine del filtro: N = 7
-
Calcolo del polinomio di Chebyshev
-
Estrazione dei parametri caratteristici degli stadi:
- Pulsazioni naturali (ω₀)
- Fattori di qualità (Q)
Il filtro è stato implementato tramite una cascata di stadi selezionati in base ai valori di Q:
- Stadio del primo ordine (integratore)
- Sallen-Key (SK-Lazy) → basso Q
- Sallen-Key (SK-Smart) → Q medio-alto
- Tow-Thomas → Q elevato (bassa sensitivity)
È stato inoltre aggiunto un buffer di uscita per il disaccoppiamento del carico.
👉 La scelta delle topologie è stata guidata da:
- Stabilità
- Sensitivity
- Riduzione del numero di OpAmp
I valori ideali di resistenze e capacità sono stati calcolati tramite script MATLAB.
Durante questa fase sono state effettuate scelte pratiche per:
- Utilizzo di valori realizzabili
- Riduzione dell’errore in fase di prototipazione
È stata eseguita un’analisi di sensitivity per valutare la dipendenza di:
- Q
- ω₀
rispetto alle variazioni dei componenti.
Nota:
- Gli stadi Tow-Thomas risultano intrinsecamente robusti (sensitivity costante)
- Gli stadi Sallen-Key richiedono maggiore attenzione
Le simulazioni sono state effettuate in LTspice utilizzando modelli SPICE reali.
Obiettivi:
- Confronto tra comportamento ideale e reale
- Verifica delle specifiche
- Validazione del progetto prima della realizzazione fisica
Il circuito è stato realizzato su breadboard e testato sperimentalmente.
Sono state effettuate misure per:
- Risposta in frequenza
- Guadagno
- Verifica delle specifiche progettuali
Una prima implementazione non ha soddisfatto completamente le specifiche.
➡️ È stato quindi progettato un secondo filtro migliorato, che rappresenta la soluzione finale del progetto.
- Buona aderenza alle specifiche
- Miglioramento significativo tra prima e seconda iterazione
- Compromesso efficace tra prestazioni e consumo
- Progettazione di filtri analogici
- Sintesi tramite polinomi di Chebyshev
- Uso avanzato di MATLAB
- Simulazione SPICE
- Analisi di sensitivity
- Prototipazione hardware
relazione/→ documento completo in LaTeXmatlab/→ script di calcolo e analisiltspice/→ file di simulazionehardware/→ schema e implementazione
Gruppo 1 – Stark Industries
- Valerio Borghi
- Yuri D'Intino
- Filippo Cordella
- Enrico Catozzi
- Salvatore Vangone
- Cristina Rasicci
Per una trattazione completa (derivazioni matematiche, simulazioni dettagliate e risultati sperimentali), fare riferimento alla relazione completa inclusa nel repository.