ADC – SCHEMA GENERALE
I convertitori AD sono disponibili come circuiti
integrati in diversi modelli, che differiscono fra loro
per prezzo, prestazioni e utilizzi. Al loro interno essi
contengono sempre:
un campionatore
un quantizzatore
un codificatore
A seconda dei casi i convertitori AD commerciali
possono comprendere anche:
un blocco di sample & hold
un filtro anti-alias
un multiplexer
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ADC – SCHEMA GENERALE
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ADC – SCHEMA GENERALE
Vin - segnale analogico da convertire. In alcuni convertitori sono
presenti due piedini separati, Vin+ e Vin-: in questo caso il segnale
viene applicato in modo differenziale, cioè senza riferimento a
massa;
digital outputs sono le uscite digitali, in numero pari al numero di
bit del convertitore; alcuni convertitori presentano un'uscita seriale
e dunque hanno un solo piedino di uscita;
SOC (start of conversion) è un segnale logico di ingresso mediante
il quale è possibile avviare una conversione - in alcuni convertitori
il nome usato è WR (write);
EOC (end of conversion) è un segnale logico di uscita che segnala
il termine di una conversione - in alcuni convertitori viene usato il
nome INTR (interrupt), perché questo segnale viene usato per
richiedere un interrupt al microprocessore alla fine di ogni
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conversione;
ADC – SCHEMA GENERALE
CS (chip select) è un segnale logico che abilita il funzionamento
dell'integrato;
RD è un segnale logico che abilita le uscite digitali (digital inputs) se disattivato, le uscite si portano in uno stato di alta impedenza; in
alcuni convertitori viene chiamato Output Enable (OE).
Vref+ e Vref- servono per regolare la tensione superiore e la
tensione inferiore di fondo scala;
clock è un segnale logico di clock che serve in alcuni convertitori
per temporizzare le operazioni interne;
Vcc e -Vcc sono rispettivamente la doppia alimentazione, positiva e
negativa. In alcuni ADC è presente una singola alimentazione e un
pin di massa (GROUND).
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ADC – PARAMETRI FONDAMENTALI
RISOLUZIONE
La risoluzione è la minima variazione di tensione che
il convertitore è in grado di convertire, coincide con
il quanto Q.
Q = VFSR / 2n
La risoluzione di un convertitore è tanto migliore
quanto maggiore è il suo numero di bit.
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ADC – PARAMETRI FONDAMENTALI
TEMPO DI CONVERSIONE
Il tempo di conversione è una misura di quanto tempo
impiega il convertitore ad effettuare una singola
conversione.
Si va da convertitori "lenti", con tempo di conversione
intorno a qualche millesimo di secondo, a convertitori
ultra veloci che arrivano ad alcuni nanosecondi di
tempo di conversione.
Il tempo di conversione limita la massima frequenza di
campionamento.
Tcampionamento > Tconversione
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ADC – PARAMETRI FONDAMENTALI
TEMPO DI CONVERSIONE
la conversione avviene senza errore apprezzabile se:
fmax ≤ 1/(π * 2n * Tconversione)
fmax - massima frequenza del segnale da convertire
n - risoluzione (numero di bit) del convertitore
Tconversione - tempo di conversione del convertitore
fmax si riduce:
all'aumentare di Tconversione;
all'aumentare del numero di bit n del convertitore.
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SAMPLE & HOLD
Quando la diseguaglianza
fmax ≤ 1/(π * 2n * Tconversione)
non è verificata, si utilizza un circuito, posto a monte del
convertitore ADC, con lo scopo di mantenere costante la tensione
da convertire per tutta la durata della conversione stessa.
Il S&H "congela" la tensione da convertire per tutta la durata del
periodo di campionamento, in modo tale che l'ADC abbia il tempo
di effettuare una conversione corretta.
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SAMPLE & HOLD
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DAC – SCHEMA GENERALE
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DAC – SCHEMA GENERALE
digital inputs sono gli ingressi digitali, in numero pari al numero di
bit del convertitore;
Vref+ e Vref- servono per impostare la tensione superiore e la
tensione inferiore di fondo scala;
Vcc e -Vcc sono rispettivamente la doppia alimentazione, positiva
e negativa. In alcuni ADC è presente una singola alimentazione e
un pin di massa (GROUND).
Vout è la tensione analogica in uscita; a seconda dei convertitori
l'uscita prodotta potrebbe essere una corrente (Iout).
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DAC – SCHEMA GENERALE
LE (Latch Enable) è un segnale logico presente in alcuni DAC e
che serve per congelare (latchare) i segnali digitali di ingresso: in
pratica quando LE è attivo, il DAC legge il valore digitale in
ingresso; disattivando LE, l'ultimo codice digitale rimane
memorizzato nel DAC.
A differenza degli ADC, in un DAC non ci sono segnali di
temporizzazione: le conversioni sono attivate dal cambiamento dei
valori binari in ingresso.
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DAC CON USCITA IN CORRENTE
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DAC – PARAMETRI PRINCIPALI
resolution (risoluzione) - numero di bit del convertitore
settling time (tempo di assestamento) - tempo impiegato dal
DAC per effettuare una conversione. I valori tipici vanno da
alcuni nanosecondi fino ad alcuni microsecondi.
full scale range (intervallo di fondo scala) - massimo
intervallo di valori per la grandezza analogica in uscita al DAC
Codifica - tipo di codice usato per rappresentare il dato in
ingresso.
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DAC – GLITCH
Quando vi è una variazione del dato binario in ingresso al DAC, si
dovrebbe avere il cambiamento simultaneo di uno o più bit.
Poiché i bit di ingresso non potranno mai commutare tutti
contemporaneamente, durante la transizione si generano delle
combinazioni binarie non desiderate (spurie) che il DAC traduce in
impulsi di tensione (glitch)
di breve durata.
Tali impulsi producono
andamenti non desiderati
nella tensione di uscita
al DAC.
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DAC – GLITCH
Il problema dei glitch può essere risolto collegando in uscita al
DAC un blocco di Sample & Hold il quale "congela" la tensione
analogica fra una commutazione e l'altra dei codici di ingresso: in
pratica la tensione di uscita viene acquisita dal S&H solo dopo che
gli eventuali glitch si sono esauriti.
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