AUTRONICA12.1 Autronica LEZIONE N° 12 Convertitori D to AConvertitori D to A Convertitore PAM a partitoreConvertitore PAM a partitore Convertitore PAM R-2RConvertitore PAM R-2R Convertitori A to DConvertitori A to D Convertitore a conteggiConvertitore a conteggi Convertitore a inseguimentoConvertitore a inseguimento Convertitore ad approssimazioni successive (SAR)Convertitore ad approssimazioni successive (SAR) Convertitore FLASHConvertitore FLASH Convertitori a doppia rampaConvertitori a doppia rampa

AUTRONICA12.2 Richiami Circuito Sampling- HoldCircuito Sampling- Hold Pulse Code Modulation (PCM)Pulse Code Modulation (PCM) Pulse Amplitude Modulation (PAM)Pulse Amplitude Modulation (PAM) Pulse width Modulation (PWM)Pulse width Modulation (PWM)

AUTRONICA12.3 Convertitore D to A Notazione posizionale ( N = 4)Notazione posizionale ( N = 4) Può rappresentare una tensionePuò rappresentare una tensione Si può realizzare utilizzando un sommatore analogico realizzato con amplificatore operazionaleSi può realizzare utilizzando un sommatore analogico realizzato con amplificatore operazionale

AUTRONICA12.4 Sommatore Metodo del CCVMetodo del CCV + VuVu R0R0 - V1V1 V2V2 R2R2 R1R1

AUTRONICA12.5 Convertitore + VuVu 1 K - 2 k - V R 4k 1 k 8 k 0 a3a3 a2a2 a1a1 a0a0

AUTRONICA12.6 Osservazioni Per N = 10 la resistenza più grossa vale 1024 volte la più piccolaPer N = 10 la resistenza più grossa vale 1024 volte la più piccola Affinché non si “mascheri” con la resistenza più grande quella più piccola ci vuole una elevata precisione (per N = 10 R max = 1024 R min ± 0.05 % !!!)Affinché non si “mascheri” con la resistenza più grande quella più piccola ci vuole una elevata precisione (per N = 10 R max = 1024 R min ± 0.05 % !!!) Nei circuiti integrati si riesce a fare due resistenze uguali con elevata precisioneNei circuiti integrati si riesce a fare due resistenze uguali con elevata precisione Il valore assoluto non è affidabileIl valore assoluto non è affidabile Le resistenze di valore elevato si realizzano maleLe resistenze di valore elevato si realizzano male

AUTRONICA12.7 Buffer In base al CCVIn base al CCV Resistenza d’ingresso altaResistenza d’ingresso alta Resistenza d’uscita bassaResistenza d’uscita bassa + - V in out

AUTRONICA12.8 Convertitore D/A a reticolo R ÷ 2R a0a0 a1a1 a2a2 a3a3 2R RRR VRVR V X3 V X2 V X1 V X0 ABCD VUVU

AUTRONICA12.9 Resistenza vista 2R RRR V X3 V X2 V X1 V X0 ABCD VuVu R v =R

AUTRONICA12.10 V U (1) 2R RRR VRVR V X2 V X1 V X0 ABC D V u =V R /3 2R

AUTRONICA12.11 V U (2) 2R RRR VRVR V X3 V X1 V X0 AB C D VuVu

AUTRONICA12.12 V U (3) 2R RRR VRVR V X3 V X2 V X0 A B C D VuVu 2R

AUTRONICA12.13 V U (4) 2R RRR VRVR V X3 V X2 V X1 A B C D VuVu 2R

AUTRONICA12.14 Osservazioni Da ogni nodo (A, B, C, D) guardando a destra e a sinistra si vede 2RDa ogni nodo (A, B, C, D) guardando a destra e a sinistra si vede 2R (esempio: da A vs Sx 2R, vs Dx 2R||2R+R = 2R) La V xn con solo il bit n attivo valeLa V xn con solo il bit n attivo vale V U (1000) = V R /3, V U (0100) = V R /6,V U (1000) = V R /3, V U (0100) = V R /6, V U (0010) = V R /12, V U (0001) = V R /24 V U (0010) = V R /12, V U (0001) = V R /24 La rete è lineare, quindi si può usare il principio di sovrapposizione degli effettiLa rete è lineare, quindi si può usare il principio di sovrapposizione degli effetti

AUTRONICA12.15 Note Per avere V Umax =15 V deve essere V R =24 VPer avere V Umax =15 V deve essere V R =24 V Se VR si considera un ingresso si ottiene un attenuatore programmabileSe VR si considera un ingresso si ottiene un attenuatore programmabile Si può vedere anche come un MOLTIPLICATORE fra segnale analogico e numero digitaleSi può vedere anche come un MOLTIPLICATORE fra segnale analogico e numero digitale

AUTRONICA12.16 Convertitore A to D a conteggio Elementi necessari 1.Segnale di Clock 2.Convertitore D/A 3.Contatore UP 4.Comparatore 5.Porta AND

AUTRONICA12.17 Schema SOC = Star Of ConvertionSOC = Star Of Convertion EOC = End Of ConvertionEOC = End Of Convertion CK Count Clr Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 D/A EOC SOC CK Vin + - Q3Q3 Q2Q2 Q1Q1 Q0Q0 VRVR V*

AUTRONICA12.18 Forme d’onda EOC SOC Vin V*

AUTRONICA12.19 Osservazioni Necessita di ingresso stabile durante tutto il tempo di conversioneNecessita di ingresso stabile durante tutto il tempo di conversione –deve essere presente un S- H Tempo massimo di conversione (legato al valore massimo) 2 N cicli di clockTempo massimo di conversione (legato al valore massimo) 2 N cicli di clock

AUTRONICA12.20 Convertitore A to D a inseguimento Elementi necessari 1.Segnale di Clock 2.Convertitore D/A 3.Contatore UP/DOWN 4.Comparatore

AUTRONICA12.21 Schema U/D Count CK Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 D/A Vin + - Q3Q3 Q2Q2 Q1Q1 Q0Q0 VRVR V* CK

AUTRONICA12.22 Forme d’onda U/D Vin V*

AUTRONICA12.23 Osservazione Non è strettamente necessario il S – HNon è strettamente necessario il S – H Tempo massimo di conversione (legato al valore massimo) 2 N cicli di clockTempo massimo di conversione (legato al valore massimo) 2 N cicli di clock Da una conversione alla successiva, occorre un tempo minore rispetto al caso precedenteDa una conversione alla successiva, occorre un tempo minore rispetto al caso precedente Se il segnale, fra un ciclo di clock e il successivo, varia meno di un “gradino”, il segnale U/D è la conversione  –  a un bitSe il segnale, fra un ciclo di clock e il successivo, varia meno di un “gradino”, il segnale U/D è la conversione  –  a un bit

AUTRONICA12.24 Convertitore A to D ad approssimazioni successive StategiaStategia –Si parte attribuendo a Vx il valore V M /2 –se V i > V M /2 si passa a V M /2 +V M /4 –se V i < V M /2 si passa a V M /4 Si procede così per n passiSi procede così per n passi

AUTRONICA12.25 Strategia per N = 4 Si parte 1000Si parte > < > > = < < <

AUTRONICA12.26 Schema Tempo di conversione per N bit => N cicli di clockTempo di conversione per N bit => N cicli di clock CK Count SOC + Logica Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 D/A Vin + - Q3Q3 Q2Q2 Q1Q1 Q0Q0 VRVR V* EOC

AUTRONICA12.27 Convertitore FLASH COD P R I O R I T A’ VRVR Vin X2X2 X1X1 X0X0 1/8V R 2/8V R 3/8V R 4/8V R 5/8V R 6/8V R 7/8V R

AUTRONICA12.28 Tabella di Verità del Codificatore di priorità Tabella di veritàTabella di verità W7W7W7W7 W6W6W6W6 W5W5W5W5 W3W3W3W3 W3W3W3W3 W2W2W2W2 W1W1W1W1 X2X2X2X2 X1X1X1X1 X0X0X0X

AUTRONICA12.29 Convertitore A/D a doppia rampa SchemaIpotesi V X > 0 V R 0 V R < 0 R + - Ck + - Q 7 Q 0 Ck a b VXVX VRVR C off on S1S1 S2S2 VKVK

AUTRONICA12.30 Forme d’onda Per t = t 2 Q n commuta per la prima volta da 1 a 0 vKvK TATA TBTB t1t1 t2t2 t3t3 t 3’ S 1 = A S 2 = on S 1 = A S 2 = off S 1 = B S 2 = off S 1 = A S 2 = on

AUTRONICA12.31 Osservazioni Sistema di conversione lentoSistema di conversione lento Utilizzato negli strumenti di misuraUtilizzato negli strumenti di misura Elevata precisioneElevata precisione La tensione incognita viene integrata nell’intervallo T ALa tensione incognita viene integrata nell’intervallo T A Eventuali disturbi a valor medio nullo non hanno effettoEventuali disturbi a valor medio nullo non hanno effetto Fornisce il valor medio di V x nell’intervallo T AFornisce il valor medio di V x nell’intervallo T A T A è dell’ordine di 0.5 sT A è dell’ordine di 0.5 s

AUTRONICA12.32 Conclusioni sui convertitori A/D FLASH SAR veloicitàINSEGUIMENTOprecisione CONTEGGIO DOPPIA RAMPA

AUTRONICA12.33 Conclusioni Convertitori D to AConvertitori D to A Convertitore PAM a partitoreConvertitore PAM a partitore Convertitore PAM R-2RConvertitore PAM R-2R Convertitori A to DConvertitori A to D Convertitore a conteggiConvertitore a conteggi Convertitore a inseguimentoConvertitore a inseguimento Convertitore ad approssimazioni successive (SAR)Convertitore ad approssimazioni successive (SAR) Convertitore FLASHConvertitore FLASH Convertitori a doppia rampaConvertitori a doppia rampa