1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

14
1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI

Transcript of 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

Page 1: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

1 Fondamenti di elettronica

CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI

Page 2: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

2 Fondamenti di elettronica

ESIGENZE SPECIALI di CONVERSIONE

• Elevatissima risoluzione (20 bit e oltre)

• Elevatissima velocità (10 Msample/s e oltre)

• Elevata dinamica del segnale di ingresso (3 decadi o più)

• Segnali bipolari (positivi e negativi)

Difficilissimo, se non impossibile, avere tutte queste esigenze soddisfatte contemporaneamente !

Page 3: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

3 Fondamenti di elettronica

Page 4: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

4 Fondamenti di elettronica

PRINCIPIO della CONVERSIONE A “DOPPIA RAMPA”

Segnale analogico da convertire

Tensione FISSA di riferimento

VX

-VREF

-

+

R C

VU

S2

S1

, pendenza costante perché VREF, R e C costanti.

Vo

1X

U TRC

VV

RC

VREFRC

VXPendenza

T1 T2

Tempo fisso (S1 chiuso e S2 aperto)Tempo variabile con VX (S1 aperto e S2 chiuso)

Si misura T2 per avere VX

Page 5: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

5 Fondamenti di elettronica

RELAZIONI TEMPO-AMPIEZZA

Note VREF e T1 e misurando T2 si risale a VX

, pendenza costante perché VREF, R e C costanti.

Vo

2REF

1X

o TRC

VT

RC

VV

RC

VREFRC

VXPendenza

T1 T2

Tempo fisso Tempo variabile con VX

1

2REFX T

TVV

Non dipende dai parametri costruttivi del circuito integratore !

Page 6: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

6 Fondamenti di elettronica

CONVERTITORE A/D a “DOPPIA RAMPA”

VX

-VREF

-

+

R C

Vo

S2

S1 LOGICA DI CONTROLLO

CONTATOREa n bitN

E.O.C.

Start

Segnale analogico in INGRESSO

-

+

t=0

Clock (ck)nREFX

2

NVV

Page 7: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

7 Fondamenti di elettronica

TEMPI di CONVERSIONE

Il tempo di conversione, Tc=T1+T2, varia proporzionalmente a VX :

TCmin quando VX = 0V TCmin = T1

TCmax quando N=2n , cioè T1=T2 ck

n

maxC f

22T

Velocità di conversione relativamente bassa

Esempio : ADC a 10 bit e fck=1 MHz (periodo 1 s)

Tcmax 2 ms 500 conversioni/s

Page 8: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

8 Fondamenti di elettronica

SIGNIFICATIVITA’ DELLA CONVERSIONE anche con VX VARIABILE

T1VIN T2

|VX|

|VREF|

T1Vo T2

1TRC

VV X

U

1

0

1)(1

TVRC

dtRC

tVV X

T

XU

nREFX2

NVV

Segnale all’ingresso Segnale all’uscita(dopo l’integrazione)

La parola digitale che si ottiene alla fine della conversione rappresenta il VALORE MEDIO del segnale all’ingresso nell’intervallo T1

Page 9: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

9 Fondamenti di elettronica

IMMUNITA’ ai DISTURBI

Esempio : nei voltmetri digitali di precisione T1=20ms, così da

togliere i disturbi di rete (50Hz e multipli).

T1VIN T2

|VX|

|VREF|

T1Vo T2

STESSO PUNTO !

Page 10: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

10 Fondamenti di elettronica

CONVERTITORE “Flash”

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-+

VXSegnale analogico

in INGRESSO

CODIFICATORE .LOGICO

3R/2

R

R

R

R

R

R

R/2

VFS

D3

D2

D1

Per fare un convertitore a n bit

occorrono 2n-1 comparatori !

Viene confrontato in parallelo da

(2n-1) comparatori

Page 11: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

11 Fondamenti di elettronica

CARATTERISTICHE degli ADC “FLASH”

• Molto veloci

(velocità limitata solo dai tempi di ritardo dei comparatori e della logica)

Tassi di conversione di 10-100 Msample/s

• Costosi (2n-1 comparatori)

• Modesta linearità differenziale difficoltà a realizzare un partitore preciso con 2n resistenze identiche; offset dei comparatori che sposta la soglia impostata dal partitore.

Page 12: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

12 Fondamenti di elettronica

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

!210V10

V10 206

Page 13: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

13 Fondamenti di elettronica

R

XO V

VlnKV

RX

R

X

O

VV

VK

dV

dV 1

X

XO V

VV

COMPRESSIONE LOGARITMICA

AMPLIFICATORE

LOGARITMICO

ADC

LINEARE

Codice digitale di USCITA

VX VO

nFS

2

VLSB1

tetancos2

V

V

VnFS

X

X

Page 14: 1 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI A/D ad ELEVATE PRESTAZIONI.

14 Fondamenti di elettronica

CONVERTITORE A/D BIPOLARI

ADCUNIPOLARE

Segnale analogico in INGRESSO

±VX

S2

S1

LOGICA DI CONTROLLO

INTERRUTTORI

Vo -

+

-

+

R

R

Codice digitale di USCITA