ESEMPI DI ARCHITETTURE DI DAC 1 Fondamenti di elettronica DAC A RESISTENZE PESATE -VREF S2 S1 D1 R D2 2R Sn S3 D3 4R Dn V0 + 2n-1R R/2 D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE USCITA ANALOGICA Caso di DAC a n=10 bit : se R=5k 2n-1R=2.5M ! Configurazione limitata a n < 8 2 Fondamenti di elettronica ERRORI DI LINEARITA’ DIFFER. E INTEGR. Dipendono da : -VREF • resistenze serie degli interruttori • tensione VDSon ai capi dell’interruttore MOSFET • non perfetto rapporto tra le resistenze (R, 2R, 4R,…, 2n-1R) S3 Sn-1 VDSon 4R 2n-1R + R/2 3 Fondamenti di elettronica ALTRI ERRORI • La corrente erogata dal generatore VREF dipende dal codice di ingresso ERRORE DI SOVRAPPOSIZIONE. RREF - V VREF + D1 R Tensione effettiva diversa al variare del codice D1D2…Dn D2 D3 Dn 2R 4R 2n-1R + V - 0 R/2 • Errori introdotti dalle non-idealità dall’operazionale (Ibias, Voffset, ecc.) 4 Fondamenti di elettronica DAC A CAPACITA’ PESATE -VREF S2 S1 D1 2n-1C S3 Sn D3 D2 4C Dn 2C + C V0 2C D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE Q1=VinC1 + Vin C1 Vin + V0 - - C2 G Vo C 1 Vin C2 Q2=VinC1 V2=Q2/C2 5 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI DAC a SCALA R-2R R VREF R R 2R 2R 2R 2R D1 1 D2 1 D3 1 Dn 1 0 0 0 2R 0 + V0 R D1, D2 , D3 … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE MSB 6 LSB Fondamenti di elettronica RESISTENZE MOSTRATE DA UNA RETE A SCALA R-2R • Resistenze verso massa a dx dei nodi sempre uguali a 2R qualunque sia il codice 2R 2R 2R R VREF R R 2R 2R 2R 2R D1 1 Dn-2 1 Dn-1 1 Dn 1 0 0 0 2R 0 + V0 Terra reale R Terra virtuale 7 Fondamenti di elettronica RAMI CON CORRENTI A PESO BINARIO VREF V I1 ref 2R D1 1 I1 2R 0 I1 I1 2 R I1 2 D2 1 R 2R I1 R D3 1 I1 2R 4 0 2 n 1 2 0 n 1 Dn 1 2R 2R 0 Iu V V D D D 1 1 1 D I u ref 1 D1 D 2 D3 ... D n ref 1 2 3 ... n 2R 2 4 2R 20 21 22 2n 1 2n 1 V D D D D I u ref 1 2 3 ... n R 21 22 23 2n 8 Fondamenti di elettronica FUNZIONE DI TRASFERIMENTO R Vref R R 2R 2R 2R 2R D1 1 D2 1 D3 1 Dn 1 0 0 0 2R 0 + V0 D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE Iu R D D N D D Vo I u R Vref 1 2 3 ... n Vref 2n 2n 21 22 23 9 Fondamenti di elettronica ALTRE CARATTERISTICHE • Assenza di errori di sovrapposizione V I tot ref R Itot =I1+I1, sempre uguale qualunque sia il codice I1 R V I1 ref 2R Vref D1 2R I1 2 D2 R 2R I1 4 D3 R 2R I1 n 2R 2R Dn • Giocano un ruolo le resistenze di on dei deviatori, l’accuratezza di Vref e l’offset dell’operazionale. 10 Fondamenti di elettronica CONVERTITORI DAC a SCALA 2C-C 2C VREF 2C 2C C C C C D1 1 D2 1 D3 1 Dn 1 0 0 0 C 0 + V0 2C D1, D2 , … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE 11 Fondamenti di elettronica DAC a PARTITORE DI TENSIONE -VR R 8 12 R 7 14 R 6 11 R 5 R VR 2n 1 LSB 12 + 4 3 R 2 Int.chiusi 000 1,9,13 001 2,9,13 010 3,10,13 011 4,10,13 100 5,11,14 101 6,11,14 110 7,12,14 111 8,12,14 V0 - 10 R D1D2D3 13 9 R 1 D3 LSB D2 D1 MSB BIT di CONTROLLO Fondamenti di elettronica PROPRIETA’ del DAC a PARTITORE • Intrinseca MONOTONICITA’ della conversione • Numero di bit limitato a ~12 (resistori di valore elevato che occupano grande area) • Errori dovuti a Ibias dell’operazionale e perdite degli interruttori 13 Fondamenti di elettronica DAC a USCITA BIPOLARE • I DAC possono essere resi bipolari, con l’uscita analogica che assume sia valori positivi che negativi, mediante semplici accorgimenti circuitali. • DAC a partitore resistivo: +VR R 7 R 6 R V 2 R 2n 12 R R 1 LSB 8 14 11 5 4 R 3 R 2 R + - 10 13 9 1 -VR 14 Fondamenti di elettronica V0 DAC a SCALA R-2R con USCITA BIPOLARE R -VREF R R 2R 2R 2R 2R D1 1 D2 1 D3 1 Dn 1 0 0 0 2R 0 + V0 R I VREF 2R 2R VBIAS = VREF 15 Fondamenti di elettronica CODICI per DAC BIPOLARI Uscita Codice complementare Codice complemento a 1 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 7/8 VFS 3/4 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 +0 -0 -1/8 -1/4 -3/8 -1/2 -5/8 -3/4 -7/8 -8/8 VFS Codice binario traslato 16 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 assente 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Stesso codice Codice segno-valore Fondamenti di elettronica DAC MOLTIPLICATORI • Variano sia Vref che la parola digitale D1D2…Dn Vref R R R 2R 2R 2R 2R D1 D2 D3 Dn 2R V0 + - D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE Vo 17 R n Di Vref i i 1 2 MOLTIPLICAZIONE Fondamenti di elettronica TIPI DI MOLTIPLICATORI Vref D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE Si possono avere moltiplicatori a 1 quadrante (Vref e codice unipolari), a 2 quadranti (Vref o codice bipolari), a 4 quadranti (Vref e codice bipolari). 18 Fondamenti di elettronica ESEMPI DI APPLICAZIONE DEI DAC e/o delle loro parti costitutive 19 Fondamenti di elettronica AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE (DAC 0830 datasheets) Chiusura della retroazione R VREF 2R D1 1 R 2R 0 D2 1 R 2R 0 D3 1 2R 0 Dn 1 2R 0 + V0 Parola digitale che definisce il guadagno Ingresso del segnale analogico 20 R VIN Fondamenti di elettronica AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE R VREF R R 2R 2R 2R 2R D1 1 D2 1 D3 1 Dn 1 0 0 0 2R 0 + V0 - Iu Iu 21 Vref D1 D 2 D3 D 1 2 3 ... nn R 2 2 2 2 V iin in R R VIN Fondamenti di elettronica ESPRESSIONE del GUADAGNO DELL’AMPLIFICATORE • Uguagliando le due correnti … : V D D D Vin D ref 1 2 3 ... n R R 21 22 23 2n Vin Vref N 2n N 2n • … si ottiene il guadagno dell’amplificatore : 2n Vo Vin N Con DAC a 8 bit, si ottiene un amplificatore con –1<G<-256 a passi unitari. Codice 00000… non ammesso! 22 Fondamenti di elettronica RESISTENZE VARIABILI e POTENZIOMETRI A Resistore variabile 0 < Rx < Rmax Simbolo circuitale Vite senza fine A RX Rmax B VR B Partitore variabile V VR Ry Rx Ry RX RY Esempio di realizzazione 23 Fondamenti di elettronica V POTENZIOMETRI DIGITALI VA R 8 R 7 6 R VR 5 R 4 2 n VB 24 R R 12 14 V0 11 R R VA 10 3 13 2 9 1 D3 V0 D2 VB D1 Fondamenti di elettronica POTENZIOMETRI DIGITALI : VANTAGGI e SVANTAGGI Vantaggi: •Assenza di usura meccanica; Insensibilità alle vibrazioni •Tempi di regolazione più rapidi •Facilità e certezza di riproduzione della posizione del “cursore” •Si integrano bene con sistemi a microcontrollore Svantaggi: •Limitate tensioni applicabili 25 Fondamenti di elettronica CONTROLLO DIGITALE DEL GUADAGNO POTENZIOMETRO DIGITALE B A RA RB VIN - D1…D2 RB Vu Vin RA GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE + Il guadagno varia in modo quasi logaritmico al variare del codice digitale 26 Fondamenti di elettronica CONTROLLO PROGRAMMABILE dei TONI C1 R1 - VIN C2 f LB R1 RDAC1 2R DAC1C1 VU + R2 R2 f HB RDAC2 27 1 1 2R DAC2C 2 Fondamenti di elettronica
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