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CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE, A/D Uscita digitale Convertitore A/D D 1, D 2, …D n Ingresso analogico Grandezza di riferimento V FS,I V in oppure I in.

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1 CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE, A/D Uscita digitale Convertitore A/D D 1, D 2, …D n Ingresso analogico Grandezza di riferimento V FS,I V in oppure I in D 1 D 2 …D n BIT più significativo–MSB, Most SignificantBit BIT meno significativo–LSB, Least SignificantBit Parola digitale di uscita N è il numero decimale intero corrispondente alla parola digitale D 1 D 2 …D n : ADC, Analog to Digital Converter

2 RELAZIONE INGRESSO-USCITA di un ADC IDEALE Codice di uscita /81/41/23/41 Tensione di ingresso V in /V FS Intervallo di valori V in a cui corrisponde lo stesso codice 1 LSB Risoluzione Minima variazione dellingresso in grado di produrre un cambiamento nel codice di uscita. ADC con 12 bit e V FS =10V 2.44mV di risoluzione.

3 ERRORE DI QUANTIZZAZIONE /81/41/23/41 V in /V FS ½ LSB -½ LSB Il codice di uscita SOTTOSTIMA la tensione di ingresso Il codice di uscita SOVRASTIMA la tensione di ingresso

4 NON - LINEARITA DIFFERENZIALE Larghezza del gradino ERRORE di linearità differenziale DNL, Differential Non Linearity Scostamento tra la larghezza del gradino i-esimo ed il suo valore ideale di 1 LSB /41/23/41 V in /V FS Larghezza del gradino ideale pari a 1 LSB.

5 ERRORE DI QUANTIZZAZIONE in ADC REALE /41/23/41 ½ LSB -½ LSB

6 NON - LINEARITA INTEGRALE /41/23/41 ERRORE di linearità integrale INL, Integral Non Linearity Scostamento tra il centro del gradino reale e quello teorico Retta interpolatrice

7 ERRORE per un CODICE MANCANTE Codice che non uscirà mai /41/23/41 V in /V FS ½ LSB -½ LSB 1 LSB Se manca un codice, lerrore di quantizzazione è necessariamente maggiore di 1 LSB

8 ERRORE di GUADAGNO /81/41/23/41 Tensione di ingresso V in /V FS Pendenza ideale

9 STRUTTURA BASE DEI CONVERTITORI Segnale analogico da convertire Tensione di riferimento VXVX V R (t) - + V R (t) viene fatta variare con lobiettivo di eguagliare V X (entro lerrore di quantizzazione del convertitore) : Comparatore Insieme di coefficienti binari D 1 D 2 …D n che generano V R (t) (e quindi V X )

10 CONVERTITORE A CONTATORE-RAMPA Principio di funzionamento VXVX V R (t) - + DAC a n bit CONTATORE a n bit Codice digitale di USCITA Clock (ck) 2 n valori discreti di V R V DAC Segnale analogico in INGRESSO t

11 LOGICA di CONTROLLO VXVX V R (t) - + DAC a n bit CONTATORE a n bit Codice digitale di USCITA Clock (f ck ) Segnale analogico in INGRESSO S R Q Flip - Flop E.O.C. (End Of Conversion) Reset

12 CONVERTITORE A INSEGUIMENTO Principio di funzionamento VXVX V R (t) - + DAC a n bit CONTATORE a n bit Codice digitale di USCITA Clock (ck) Segnale analogico in INGRESSO Logica Up Down

13 ANDAMENTO del SEGNALE VXVX V R (t) - + DAC a n bit CONTATORE a n bit Codice digitale di USCITA Clock Logica Up Down t V R (t),V X VXVX 1 LSB V R (t), segnale in uscita dal DAC

14 PERDITA di ACQUISIZIONE VXVX V R (t) V R (t),V X Fronte rapido di V X Perdita di acquisizione Il DAC ha perso laggancio La parola immagazzinata dal contatore NON è rappresentativa di V X

15 FREQUENZA MASSIMA di AGGANCIO Massima velocità di variazione delluscita del DAC: Massima velocità di variazione dellingresso sinusoidale V X : V FS t=0 1/f in

16 CONVERTITORE ad APPROSSIMAZIONI SUCCESSIVE VXVX V R (t) - + DAC a n bit LOGICA di CONTROLLO SAR – Successive Approximation Register Codice digitale di USCITA Clock Segnale analogico in INGRESSO Start E.O.C.

17 000 Esempio di approssimazioni successive t V R (t),V X VXVX 100 V R (t) V FS Codice finale T 2T 3T 4T

18 FREQUENZA MASSIMA del SEGNALE da CONVERTIRE Durata della conversione : Massima velocità di variazione di un ingresso sinusoidale : E fondamentale che il segnale di ingresso resti costante entro ±½LSB durante il tempo di conversione Esempio : ADC a 10 bit e f ck =1 MHz f in < 16 Hz per un segnale sinusoidale con ampiezza picco-picco pari a V FS

19 PRINCIPIO della CONVERSIONE A DOPPIA RAMPA Segnale analogico da convertire Tensione FISSA di riferimento VXVX -V REF - + R C VUVU S2S2 S1S1, pendenza costante perché V REF, R e C costanti. VoVo Pendenza T1T1 T2T2 Tempo fisso (S 1 chiuso e S 2 aperto) Tempo variabile con V X (S 1 aperto e S 2 chiuso) Si misura T 2 per avere V X

20 RELAZIONI TEMPO-AMPIEZZA Note V REF e T 1 e misurando T 2 si risale a V X, pendenza costante perché V REF, R e C costanti. VoVo Pendenza T1T1 T2T2 Tempo fisso Tempo variabile con V X Non dipende dai parametri costruttivi del circuito integratore !

21 CONVERTITORE A/D a DOPPIA RAMPA VXVX -V REF - + R C VoVo S2S2 S1S1 LOGICA DI CONTROLLO CONTATORE a n bit N E.O.C. Start Segnale analogico in INGRESSO - + t=0 Clock (ck)

22 TEMPI di CONVERSIONE Il tempo di conversione, T c =T 1 +T 2, varia proporzionalmente a V X : T Cmin quando V X = 0V T Cmin = T 1 T Cmax quando N=2 n, cioè T 1 =T 2 Velocità di conversione relativamente bassa Esempio : DAC a 10 bit e f ck =1 MHz (periodo 1 s) T cmax 2 ms 500 conversioni/s

23 SIGNIFICATIVITA DELLA CONVERSIONE anche con V X VARIABILE T1T1 V IN T2T2 |V X | |V REF | T1T1 VoVo T2T2 Segnale allingresso Segnale alluscita (dopo lintegrazione) La parola digitale che si ottiene alla fine della conversione rappresenta il VALORE MEDIO del segnale allingresso nellintervallo T 1

24 SIGNIFICATIVITA DELLA CONVERSIONE anche con V X VARIABILE T1T1 V IN T2T2 |V X | |V REF | T1T1 VoVo T2T2 Segnale allingresso Segnale alluscita (dopo lintegrazione) La parola digitale che si ottiene alla fine della conversione rappresenta il VALORE MEDIO del segnale allingresso nellintervallo T 1

25 CONVERTITORE Flash VXVX Segnale analogico in INGRESSO CODIFICATORE.LOGICOCODIFICATORE.LOGICO 3R/2 R R R R R R R/2 V FS D3D3 D2D2 D1D1 Per fare un convertitore a n bit occorrono 2 n -1 comparatori ! Viene confrontato in parallelo da (2 n -1) comparatori

26 CONVERTITORI NON-LINEARI Segnale di ingresso Con ADC lineare occorrono 20 bit Si preferisce una codifica NON LINEARE in cui la risoluzione sia una percentuale fissa della ampiezza del singolo campione 10 V 10 mV Risoluzione di 0.1% 10 mV Risoluzione di 0.1% 10 V

27 CONVERTITORE A/D BIPOLARI ADC UNIPOLARE Segnale analogico in INGRESSO ±VX±VX S2S2 S1S1 LOGICA DI CONTROLLO INTERRUTTORI VoVo R R Codice digitale di USCITA


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