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