12.1 Tipi di convertitori Convertitori D to AConvertitori D to A Convertitore PAM a...

33
12. 12.1 Tipi di convertitori Tipi di convertitori Convertitori D to A Convertitori D to A Convertitore PAM a partitore Convertitore PAM a partitore Convertitore PAM R-2R Convertitore PAM R-2R Convertitori A to D Convertitori A to D Convertitore a conteggi Convertitore a conteggi Convertitore a inseguimento Convertitore a inseguimento Convertitore ad approssimazioni successive (SAR) Convertitore ad approssimazioni successive (SAR) Convertitore Convertitore FLASH FLASH Convertitori a doppia rampa Convertitori a doppia rampa

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12.12.11

Tipi di convertitoriTipi di convertitori

• Convertitori D to A Convertitori D to A • Convertitore PAM a partitore Convertitore PAM a partitore • Convertitore PAM R-2R Convertitore PAM R-2R

• Convertitori A to DConvertitori A to D• Convertitore a conteggiConvertitore a conteggi• Convertitore a inseguimentoConvertitore a inseguimento• Convertitore ad approssimazioni successive Convertitore ad approssimazioni successive

(SAR)(SAR)• ConvertitoreConvertitore FLASH FLASH• Convertitori a doppia rampaConvertitori a doppia rampa

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12.12.22

RichiamiRichiami

• Circuito Circuito Sampling- HoldSampling- 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)

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12.12.33

Convertitore D to AConvertitore D to A

• Notazione posizionale ( N = 4)Notazione posizionale ( N = 4)

• Può rappresentare una tensionePuò rappresentare una tensione

• Si può realizzare utilizzando un Si può realizzare utilizzando un sommatore analogico realizzato con sommatore analogico realizzato con amplificatore operazionaleamplificatore operazionale

00

11

22

330123 22221011 aaaaaaaaX

001

12

23

3 2222 aaaaVXVV RRX

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12.12.44

SommatoreSommatore

• Metodo del CCVMetodo del CCV

+

Vu

R0

-

V1

V2

R2

R1

2

02

1

01R

RV

R

RVVU

002102

22

1

11 IRVIII

R

VI

R

VI U

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12.12.55

ConvertitoreConvertitore

+

Vu

1 K

-

2 k

- VR

0123 8

1

4

1

2

1aaaaVV RU

4k

1 k

8 k

0

a3

a2

a1

a0

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12.12.66

Osservazioni Osservazioni

• Per N = 10 la resistenza più grossa vale Per N = 10 la resistenza più grossa vale 1024 volte la più piccola1024 volte la più piccola

• Affinché non si “mascheri” con la Affinché non si “mascheri” con la resistenza più grande quella più piccola resistenza più grande quella più piccola ci vuole una elevata precisione (per N = ci vuole una elevata precisione (per N = 10 R10 Rmaxmax = 1024 R = 1024 Rmin min ± 0.05 % !!!)± 0.05 % !!!)

• Nei circuiti integrati si riesce a fare due Nei circuiti integrati si riesce a fare due resistenze uguali con elevata precisioneresistenze uguali con elevata precisione

• Il valore assoluto non è affidabileIl valore assoluto non è affidabile• Le resistenze di valore elevato si Le resistenze di valore elevato si

realizzano malerealizzano male

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12.12.77

BufferBuffer

• In base al CCVIn base al CCV

• Resistenza d’ingresso alta Resistenza d’ingresso alta • Resistenza d’uscita bassaResistenza d’uscita bassa

+

-

Vin

out

outin VVVV

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12.12.88

Convertitore D/A a reticolo R ÷Convertitore D/A a reticolo R ÷ 2R2R

a0 a1 a2 a3

2R 2R 2R 2R 2R 2R

R R R+

-

0

VR

VX3VX2VX1VX0

A B C DVU

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12.12.99

Resistenza vistaResistenza vista

2R 2R 2R 2R 2R 2R

R R R

VX3VX2VX1VX0

A B C D

Vu

Rv=RRv=RRv=RRv=R

RRRRRR 222

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12.12.1010

VVUU (1) (1)•

2R 2R 2R 2R

2R

2R

R R R

VR

VX2VX1VX0

A B C DVu=VR/3

2R2R

RR

RVV RU 2

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12.12.1111

VVUU (2) (2)

2R 2R 2R

2R

2R 2R

R R R

VR

VX3VX1VX0

A B

C

DVu

623RC

UR

C

VVV

VV

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12.12.1212

VVUU (3) (3)

2R 2R

2R

2R 2R

R R R

VR

VX3VX2VX0

A

B

C DVu

2R

1243RB

UR

B

VVV

VV

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12.12.1313

VVUU (4) (4)

2R

2R

2R 2R

R R R

VR

VX3VX2VX1

A

B C DVu

2R2R

2483RA

UR

A

VVV

VV

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12.12.1414

OsservazioniOsservazioni

• Da ogni nodo (A, B, C, D) guardando a Da ogni nodo (A, B, C, D) guardando a destra e a sinistra si vede 2Rdestra e a sinistra si vede 2R

(esempio: da A vs Sx 2R, vs Dx 2R||2R+R (esempio: da A vs Sx 2R, vs Dx 2R||2R+R = 2R)= 2R)

• La VLa Vxnxn con solo il bit n attivo vale con solo il bit n attivo vale

• VVUU(1000) = V(1000) = VRR/3, V/3, VUU(0100) = V(0100) = VRR/6,/6,

VVUU(0010) = V(0010) = VRR/12, V/12, VUU(0001) = V(0001) = VRR/24/24

• La rete è lineare, quindi si può usare il La rete è lineare, quindi si può usare il principio di sovrapposizione degli effettiprincipio di sovrapposizione degli effetti

32RR V

RR

RV

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12.12.1515

NoteNote

• Per avere VPer avere VUmaxUmax =15 V deve essere V =15 V deve essere VRR =24 V =24 V

• Se VR si considera un ingresso si Se VR si considera un ingresso si ottiene un attenuatore programmabileottiene un attenuatore programmabile

• Si può vedere anche come un Si può vedere anche come un MOLTIPLICATORE fra segnale analogico MOLTIPLICATORE fra segnale analogico e numero digitalee numero digitale

0123 8

1

4

1

2

1

3aaaa

VV RU

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12.12.1616

Convertitore A to D a conteggioConvertitore A to D a conteggio

Elementi necessariElementi necessari

1.1. Segnale di ClockSegnale di Clock

2.2. Convertitore D/AConvertitore D/A

3.3. Contatore UPContatore UP

4.4. ComparatoreComparatore

5.5. Porta ANDPorta AND

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12.12.1717

SchemaSchema• SOC = Star Of ConvertionSOC = Star Of Convertion• EOC = End Of ConvertionEOC = End Of Convertion

CK Count ClrQ3 Q2 Q1 Q0

D/A

EOC

SOC

CK

Vin+

-

Q3

Q2

Q1

Q0

VRV*

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12.12.1818

Forme d’ondaForme d’onda

• EOC

SOC

Vin

V*

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12.12.1919

OsservazioniOsservazioni

• Necessita di ingresso stabile durante Necessita di ingresso stabile durante tutto il tempo di conversionetutto il tempo di conversione– deve essere presente un S- Hdeve essere presente un S- H

• Tempo massimo di conversione (legato Tempo massimo di conversione (legato al valore massimo) 2al valore massimo) 2NN cicli di clock cicli di clock

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12.12.2020

Convertitore A to D a Convertitore A to D a inseguimentoinseguimento

Elementi necessariElementi necessari

1.1. Segnale di ClockSegnale di Clock

2.2. Convertitore D/AConvertitore D/A

3.3. Contatore UP/DOWNContatore UP/DOWN

4.4. ComparatoreComparatore

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12.12.2121

SchemaSchema•

U/D Count CKQ3 Q2 Q1 Q0

D/A

Vin+

-

Q3

Q2

Q1

Q0

VRV*

CK

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12.12.2222

Forme d’ondaForme d’onda

• U/D

Vin

V*

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12.12.2323

OsservazioneOsservazione

• Non è strettamente necessario il S – HNon è strettamente necessario il S – H• Tempo massimo di conversione (legato al Tempo massimo di conversione (legato al

valore massimo) 2valore massimo) 2NN cicli di clock cicli di clock• Da una conversione alla successiva, Da una conversione alla successiva,

occorre un tempo minore rispetto al caso occorre un tempo minore rispetto al caso precedenteprecedente

• Se il segnale, fra un ciclo di clock e il Se il segnale, fra un ciclo di clock e il successivo, varia meno di un “gradino”, il successivo, varia meno di un “gradino”, il segnale U/D è la conversione segnale U/D è la conversione – – a un bit a un bit

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12.12.2424

Convertitore A to D ad Convertitore A to D ad approssimazioni successiveapprossimazioni successive

• StategiaStategia

– Si parte attribuendo a Vx il valore Si parte attribuendo a Vx il valore VVMM/2/2

– se Vse Vii > V > VMM/2 si passa a V/2 si passa a VMM/2 +V/2 +VMM/4/4

– se Vse Vii < V < VMM/2 si passa a V/2 si passa a VMM/4/4

•Si procede così per n passiSi procede così per n passi

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12.12.2525

Strategia per N = 4Strategia per N = 4

• Si parte 1000Si parte 1000

0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111

0001

0011

0101

0111

1001

1011

1101

11111110

1010

0110

0010

1100

0100

1000

>

<

>

>=

<

<

<

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12.12.2626

SchemaSchema

• Tempo di conversione per N bit => N cicli di Tempo di conversione per N bit => N cicli di clock clock

CK Count SOC+ Logica

Q3 Q2 Q1 Q0

D/A

Vin+

-Q3

Q2

Q1

Q0

VRV*

EOC

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12.12.2727

Convertitore FLASHConvertitore FLASH

• +

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

COD

PRIORITA’

VR

Vin

X2

X1

X0

1/8VR

2/8VR

3/8VR

4/8VR

5/8VR

6/8VR

7/8VR

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12.12.2828

Tabella di Verità delTabella di Verità delCodificatore di prioritàCodificatore di priorità

• Tabella di veritàTabella di verità

WW

77

WW

66

WW

55

WW

33

WW

33

WW

22

WW

11

XX22 XX11 XX00

00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

00 00 00 00 00 00 11 00 00 11

00 00 00 00 00 11 11 00 11 00

00 00 00 00 11 11 11 00 11 11

00 00 00 11 11 11 11 11 00 00

00 00 11 11 11 11 11 11 00 11

00 11 11 11 11 11 11 11 11 00

11 11 11 11 11 11 11 11 11 11

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12.12.2929

Convertitore A/D a doppia rampaConvertitore A/D a doppia rampa

• SchemaSchema Ipotesi VIpotesi VXX > 0 V > 0 VRR < 0 < 0

R

+

-

Ck

+

-Q7 Q0

Ck

ab

VX

VR

C

offon

S1

S2

VK

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12.12.3030

Forme d’ondaForme d’onda

Per t = tPer t = t22 Q Qnn commuta per la prima volta commuta per la prima volta da 1 a 0 da 1 a 0

vK

TA TB

t1 t2 t3t3’

S1 = AS2 = on

S1 = AS2 = off

S1 = BS2 = off

S1 = AS2 = on

RNRA

BXRBXA

t

t

R

t

t

XKCKN

A

Vn

VT

TVVTVT

dtVdtVvTT

2

02

2

3

2

2

1

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12.12.3131

OsservazioniOsservazioni

• Sistema di conversione lentoSistema di conversione lento• Utilizzato negli strumenti di misuraUtilizzato negli strumenti di misura• Elevata precisioneElevata precisione• La tensione incognita viene integrata La tensione incognita viene integrata

nell’intervallo Tnell’intervallo TAA

• Eventuali disturbi a valor medio nullo non Eventuali disturbi a valor medio nullo non hanno effettohanno effetto

• Fornisce il valor medio di VFornisce il valor medio di Vxx nell’intervallo nell’intervallo TTAA

• TTAA è dell’ordine di 0.5 s è dell’ordine di 0.5 s

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12.12.3232

Conclusioni sui convertitori A/DConclusioni sui convertitori A/D

FLASHFLASH

SARSAR

velocitàvelocità INSEGUIMENTOINSEGUIMENTO precisionprecisionee

CONTEGGIOCONTEGGIO

DOPPIA DOPPIA RAMPARAMPA

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12.12.3333

ConclusioniConclusioni• Convertitori D to A Convertitori D to A

• Convertitore PAM a partitore Convertitore PAM a partitore • Convertitore PAM R-2R Convertitore PAM R-2R

• Convertitori A to DConvertitori A to D• Convertitore a conteggiConvertitore a conteggi• Convertitore a inseguimentoConvertitore a inseguimento• Convertitore ad approssimazioni Convertitore ad approssimazioni

successive (SAR)successive (SAR)• ConvertitoreConvertitore FLASH FLASH• Convertitori a doppia rampaConvertitori a doppia rampa