CARATTERISTICHE DEI CONVERTITORIDIGITALI-ANALOGICI (DAC)

Conversione D/A

Uscita analogicaConvertitore

D/A

D1, D2, …Dn

Ingresso digitale

Grandezza diriferimento

Vref, Iref

Vo oppure Io

D1D2…Dn

BIT più significativo –MSB, Most Significant Bit

BIT meno significativo – LSB, Least Significant Bit

Parola digitale di ingresso

N è il numero decimale intero corrispondente alla parola digitale D1D2…Dn

RELAZIONE INGRESSO-USCITA

nn

221

FSo2

D...

2

D

2

DVV

N2

VV

nFS

o

Tensione di fondo scala Vref

VFS

2n livelli

0

N=4 (D1D2..Dn=…100)

N=5 (D1D2..Dn=…101)

N=3 (D1D2..Dn=…011)

…

nFS

2

VLSB

Uscita : dove :

0n

2n2

1n1 2D...2D2DN

CARATTERISTICA DI TRASFERIMENTO IDEALE

0

1/82/8

3/8

4/8

5/86/8

7/8

1

000 001 010 011 100 101 110 111

Ingresso binario (n=3)

Vo/V

FS

nFS

o

2

N

V

V

PARAMETRI DI UN DAC REALE

• n: numero dei bit nella parola digitale di ingressoE’ un indice del numero di livelli discreti in uscita, pari a 2n o del numero di intervalli in cui viene suddivisa la tensione di fondo scala.

• Risoluzione: è la più piccola variazione che può subire, nel caso ideale, la grandezza di uscitaViene data in bit, in parti su 2n, in %, in mV o mA.

• Fondo scala : è il valore VFS (o IFS) di fondo scala della grandezza di uscitaCorrisponde normalmente alla tensione di alimentazione degli integrati, 2.5V o 5V.

DAC reali

• Scostamenti dall’andamento lineare dovuti a:– Offset– Guadagno– Non linearità

OFFSET del DAC

La presenza dell’offset comporta che, in corrispondenza del codice 000, l’uscita non sia nulla ma valga Voffset.

0,00

1,25

2,50

3,75

5,00

6,25

7,50

8,75

10,00

000 001 010 011 100 101 110 111

Codice di ingressoT

ensi

one

di u

scita

, Vo

(V)

L’effetto è una traslazione rigida della curva caratteristica di una quantità pari a Voffset.

Voffset

offset

n

1iii

Ro V2

DVV

Voffset è normalmente dell’ordine dei mV

ERRORE DI GUADAGNO del DAC

La presenza di un guadagno non costante al variare del codice di ingresso comporta che il valore dell’uscita analogica differisca dal valore ideale

0,00

1,25

2,50

3,75

5,00

6,25

7,50

8,75

10,00

000 001 010 011 100 101 110 111

Codice di ingressoT

ensi

one

di u

scita

, Vo

(V)

L’effetto è una inclinazione diversa della curva caratteristica.

Normalmente lo scostamento aumenta all’aumentare del codice di ingresso e può essere rappresentato con un fattore moltiplicativo K nella relazione ingresso/uscita.

n

1iii

Ro2

DVKV

ERRORE DI LINEARITA’ INTEGRALE

0

0,09

0,250,325

0,570,625

0,80,875

0

1/8

2/8

2/8

3/8

4/8

5/8

6/8

6/8

7/8

1

000 001 010 011 100 101 110 111

Vo/V

FS

0

-0,28

0

-0,4

0,56

0

0,4

0

-1

-0,5

0

0,5

1

000 001 010 011 100 101 110 111

Erro

re (i

n LS

B)

0.57

0.50} 0.07 56.0

125.0

07.0

Differenza assoluta

Differenza rapportata ad un LSB

Curva ideale

Nei DAC di buone prestazioni gli errori di linearità integrale sono inferiori a ±1 LSB

ERRORE DI LINEARITA’ DIFFERENZIALE

0

0,09

0,250,325

0,570,625

0,80,875

0

1/8

2/8

2/8

3/8

4/8

5/8

6/8

6/8

7/8

1

000 001 010 011 100 101 110 111

Vo/V

FS

0.570

0.325} 0.245 - 0.125 = 0.120 96.0

125.0

120.0

Incremento reale

Errore di incremento rapportato ad un LSB

Curva ideale

Nei DAC di buone prestazioni gli errori di linearità differenziale sono inferiori a ±0.5 LSB

0

-0,28

0,28

-0,4

0,96

-0,56

0,4

-0,4

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

000 001 010 011 100 101 110 111Erro

re (i

n LS

B)

Incremento ideale

0

0,27 0,25

0,325

0,570,625

0,8

0,875

0

1/8

2/8

2/8

3/8

4/8

5/8

6/8

6/8

7/8

1

000 001 010 011 100 101 110 111

Vo/V

FS

MONOTONICITA’ DEL DAC

0.250

0.270} -0.02 - 0.125 = -0.145 16.1

125.0

145.0

Incremento reale

Errore di incremento rapportato ad un LSB

Curva ideale

La monotonicità è essenziale nei sistemi di controllo, dove un comportamento NON monotono può portare ad instabilità del sistema.

Incremento ideale

0

1,16

-1,16

-0,4

0,96

-0,56

0,4

-0,4

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

000 001 010 011 100 101 110 111

Erro

re (

in L

SB

)

SETTLING TIME

000 111

ts

t

Analog Out[V]

Commutazione della parola di ingresso da 00…000 a 11…111

Tempo di assestamento (settling time)

Fascia di ampiezza assegnata ~<1 LSB

GLITCHES NEL SEGNALE DI USCITA

001 010 011 100 101 110 111000

AnalogOut [V]

FSR

Il glitch è un impulso di breve durata che può comparire all’uscita del DAC nella transizione della risposta da un codice di ingresso al seguente.

100 011

100 111011

Bit lento nel commutare Codice momentaneo spurio

Commutazione ideale

Commut. con glitch

E’ dovuto alla commutazione non istantanea dei bit della parola, che produce codici di ingresso transitori e quindi uscite momentaneamente differenti da quella finale.

ALTRI PARAMETRI CARATTERISTICI DEI DAC REALI

• StabilitàE’ indice di quanto il comportamento di una DAC sia sensibile all’età, alla temperatura, alla tensione di alimentazione, ecc.

• AccuratezzaE’ la peggior differenza che si può riscontrare tra l’uscita del convertitore reale ed il corrispondente valore ideale (espressa in LSB).

• PrecisioneE’ indice della capacità del DAC di fornire sempre lo stesso valore analogico di uscita a parità di codice di ingresso.