Elettronica LD Introduzione ai Convertitori Analogico-Digitali.
CARATTERISTICHE DEI CONVERTITORI DIGITALI-ANALOGICI (DAC)
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CARATTERISTICHE DEI CONVERTITORI DIGITALI-ANALOGICI (DAC)
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CARATTERISTICHE DEI CONVERTITORI DIGITALI-ANALOGICI (DAC). D 1 D 2 …D n. Parola digitale di ingresso. BIT meno significativo – LSB, Least Significant Bit. BIT più significativo –MSB, Most Significant Bit. Conversione D/A. Convertitore D/A. Ingresso digitale. D 1 , D 2 , …D n. - PowerPoint PPT Presentation
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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.
