Autronica LEZIONE 3

Il mondo esterno è caratterizzato da variabili analogiche Un segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempo Ampiezza (e.g. Volt) 6 5 4 3 2 1 t

Segnale campionato 1 Viene “associato” il valore che il segnale analogico assume nell’istante di campionamento Ampiezza 6 5 4 3 2 1 TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC t

Segnale campionato 2 Viene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold) Ampiezza 6 5 4 3 2 1 TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC t

Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenza Ampiezza 6 5 4 3 2 1 TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC t

Segnale numerico 2 Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico “codificato” Ampiezza 6 5 4 3 2 1 2 4 5 4 2 1 2 4 6 5 TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC t

Codifica Binaria Un valore numerico può essere codificato in un numero N di segnali digitali, i bit (e.g. N=3 in tabella) Numero A MSB B C LSB 1 2 3 4 5 6 7

Segnale Digitale Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori “0” e “1” Al valore “0” si associa, per esempio, la grandezza elettrica 0 V Al valore “1” si associa, per esempio, la grandezza elettrica 5 V 1 1 1 1 1 1 1 1 TS TS TS TS TS TS TS TS TS TS TS TS

Errore di Quantizzazione Il segnale “Numerico” può assumere solo un numero finito di valori Discretizzazione Il segnale Analogico può variare con continuità Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore

Caratteristica di trasferimento Grafico della grandezza d’uscita in funzione della grandezza d’ingresso Esempio rampa lineare con intervallo quantizzazione Δ= 1 Volt VU VU 5 AMP = 1 4 VI VU 3 A / N 2 VI VU 1 VI 1 2 3 4 5

Grafico dell’Errore di Quantizzazione Differenza, in un determinato istante, fra il valore del segnale analogico e valore del segnale numerico Errore di quantizzazione VU VU 5 1 4 3 2 1 1 2 3 4 5 VI VI 1 2 3 4 5

Minimizzazione dell’ERRORE Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dell’errore al massimo è pari a Δ/2 VU VU Errore di quantizzazione 5 4 0.5 3 2 1 2 3 4 5 -0.5 1 VI 1 2 3 4 5

Convertitori A/D Convertitore A/D segnale analogico Ü segnale digitale codificato Convertitore D/A segnale digitale codificato Ü segnale analogico A 1 A / D B 1 4 Vin C 1 A D / A 1 B Vout C 4

Riepilogo Segnale analogico Un segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempo Segnale campionato Viene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold – S&H) Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenza Segnale numerico 2 Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico “codificato” Segnale Digitale Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori “0” e “1”, Al valore “0” si associa, per esempio, 0 V Al valore “1” si associa, per esempio, 5 V

Rumore nei Sistemi Analogici DEFINIZIONE Segnale estraneo dovuto a: Agitazione termica degli elettroni in resistenze Accoppiamento induttivo o capacitivo con segnali di altri sistemi Il rumore si somma direttamente al segnale analogico e quindi lo deteriora Il rumore viene amplificato insieme al segnale v t

Rumore nei Sistemi Digitali Il rumore si somma direttamente al segnale digitale e quindi lo deteriora È possibile ricostruire il segnale definendo gli intervalli entro i quali si attribuisce il valore alto e il valore basso 0V > basso > 2 V ; 3 V > alto > 5 v t v t

Distorsioni in circuiti analogici 1 In un sistema lineare la grandezza di uscita deve essere una replica fedele dell’ingresso Se l’ingresso è sinusoidale l’uscita deve essere sinusoidale con la stessa frequenza VU VI

Distorsioni 2 Errore di cimatura (Clipping)

Distorsioni 3 Errore di attraversamento (Crossover)

Distorsioni 4 Distorsione armonica