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1 Fondamenti di elettronica INTRODUZIONE AI CONVERTITORI ANALOGICO-DIGITALI (ADC)

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Presentazione sul tema: "1 Fondamenti di elettronica INTRODUZIONE AI CONVERTITORI ANALOGICO-DIGITALI (ADC)"— Transcript della presentazione:

1 1 Fondamenti di elettronica INTRODUZIONE AI CONVERTITORI ANALOGICO-DIGITALI (ADC)

2 2 Fondamenti di elettronica LIDEA DELLA CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE Tensione di fondo scala, V FS V FS 2 n intervalli 0 N=4 (D 1 D 2..D n =…100) N=5 (D 1 D 2..D n =…101) N=3 (D 1 D 2..D n =…011) … Uscita : …101 V in Risoluzione Livello di tensione di ingresso Intervallo di valori V in a cui corrisponde lo stesso codice

3 3 Fondamenti di elettronica 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.

4 4 Fondamenti di elettronica 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

5 5 Fondamenti di elettronica 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.

6 6 Fondamenti di elettronica ERRORE DI QUANTIZZAZIONE in ADC REALE /41/23/41 ½ LSB -½ LSB

7 7 Fondamenti di elettronica 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

8 8 Fondamenti di elettronica 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

9 9 Fondamenti di elettronica ERRORE di GUADAGNO /81/41/23/41 Tensione di ingresso V in /V FS Pendenza ideale

10 10 Fondamenti di elettronica ERRORE di OFFSET /81/41/23/41 Tensione di ingresso V in /V FS Offset

11 11 Fondamenti di elettronica ALTRE CARATTERISTICHE Dipendenza minima dei parametri dalla temperatura (espressi nei coefficienti di temperatura per gli errori di guadagno, offset e linearità) Monotonicità della risposta (il codice di uscita cresce sempre al crescere della tensione di ingresso)

12 12 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI ANALOGICO-DIGITALI, ADC 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

13 13 Fondamenti di elettronica 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 )

14 14 Fondamenti di elettronica 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

15 15 Fondamenti di elettronica 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

16 16 Fondamenti di elettronica TEMPO di CONVERSIONE Il tempo di conversione, T conv, varia proporzionalmente a V X : T MIN per V X = 0V T MIN = 0 s T MAX per V X V FS Velocità di conversione relativamente bassa Esempio : ADC a 10 bit e f ck =1 MHz T MAX =1.024 ms Al massimo possono essere previste ~1000 conversioni al secondo

17 17 Fondamenti di elettronica ALTRE CARATTERISTICHE Semplicità circuitale Poco costoso Sovrastima di V X V R (t) V DAC t VXVX K K+1

18 18 Fondamenti di elettronica 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

19 19 Fondamenti di elettronica 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

20 20 Fondamenti di elettronica 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

21 21 Fondamenti di elettronica 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

22 22 Fondamenti di elettronica METODO a RICERCA BINARIA 1g 2g Trovare la pallina più pesante ? 1g 2g 1g 2g 1g 2g Partendo da 8 palline, sono bastate 3 pesate ! In generale : partendo da 2 n elementi, bastano n passaggi.

23 23 Fondamenti di elettronica 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.

24 24 Fondamenti di elettronica 000 Esempio di approssimazioni successive t V R (t),V X VXVX 100 V R (t) V FS Codice finale T 2T 3T 4T

25 25 Fondamenti di elettronica TEMPO di CONVERSIONE Per convertitori ad n bit Velocità di conversione elevata Esempio : ADC a 10 bit e f ck =1 MHz T Conv = 10 s Si potrebbe raggiungere un tasso di conversioni/s Fattori limitanti la frequenza di clock, f ck : tempo di assestamento del DAC tempo di risposta del comparatore (in particolare quando V X e V R differiscono di poco) tempo di risposta della SAR

26 26 Fondamenti di elettronica 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


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