INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO Condizionamento dei Segnali

Transcript

1 INGEGNEIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTOLLO Condizionamento dei Segnali Prof. Carlo ossi DEIS Università di Bologna Tel: crossi@deis.unibo.it

2 Argomenti trattati Acquisizione Multiplexer Amplificatore Campionatore Convertitore analogicodigitale Attuazione Convertitore digitaleanalogico 2

3 Componenti della catena di acquisizione Struttura tipica 1001 D A H S Convertitore Campionatore Amplificatore Multiplexer 3

4 Multiplexer Scopo consentire l utilizzo di un solo convertitore A/D Caratteristiche n ingressi singleended o differenziali 1 uscita singleended o differenziale Tecnologia costruttiva CMOS o Bipolare 4

5 Multiplexer Caratteristiche tecniche essenziali (ADG506/507A) on : 280 Ω ±10% on tra canali: 5% on / T: 0.6%/ C t on / off : ns Parallelismi tipici singleended 816 canali differenziale 48 canali 5

6 Amplificatore differenziale Vout Problemi Impossibilità di avere resistenze uguali e con uguale coefficiente termico impedenza di ingresso dipendente dal guadagno e sbilanciata offset ad elevato guadagno non utilizzabile in applicazioni industriali ad elevato guadagno insieme ad un sensore 6

7 Amplificatore per strumentazione frontend Vin g Vin Vout differenziale 2 livelli Schema tipico 7

8 Calcolo del guadagno V cm V/2 e 1 =V cm (12/ g ) V/2 V = V differenziale V cm =V modo comune g e 2 =V cm (12/ g ) V/2 V cm V/2 frontend V cm V/2 V cm V/2 g V I f = V/ g 8

9 Calcolo del guadagno V = V differenziale V cm =V modo comune Vsense e 1 =V cm (12/ g ) V/2 e 2 =V cm (12/ g ) V/2 Vout Vref V out = (12/ g ) V differenziale 9

10 Amplificatore per strumentazione Caratteristiche tecniche essenziali (INA110AG) Guadagno: configurabile 1,10,100,200,500 G: ( )% G/ T: ±(20 100) ppm/ C offset rip. all ingresso (TI): ± ( /G)µV offset/ T: ±(5100/G) µv/ C imped. ingresso: >(10 12 )/6 Ω/pF settling time (0.1%): 4 11µs CM: db 10

11 Avvertenze di uso Vin g Vin e Vout Attenzione alla saturazione del 1 stadio e = V cm ± G* V/2 5 Volt se V out = 10Volt e V sat = 13Volt V < 8 V 11

12 Avvertenze di uso Vin V sat g V sat Vin Vout Attenzione alle correnti di polarizzazione dello stadio di ingresso. Se il sensore è flottante occorre creare un percorso verso massa altrimenti ci vanno attraverso le capacità parassite saturando gli amplificatori 12

13 Avvertenze di uso Vin g Vin V sense Vout parass. carico La retroazione negativa di solito si chiude fuori dall'integrato per consentire il collegamento remoto del carico in modo da neutralizzare gli effetti parassiti del collegamento 13

14 Avvertenze di uso Vin g Vin V sense Vout V ref V ref il terminale V ref può essere collegato non direttamente a massa ma attraverso un generatore di tensione per traslare l'uscita di una quantità opportuna accertarsi che l'impedenza del persorso sia trascurabile per non danneggierebbe il CM dell'amplificatore 14

15 Campionatore (Track and Hold) Schema di principio Vin G=1 G=1 Vout t acq. T/H Driver I b Il campionatore ha una dinamica: tempo di acquisizione il condensatore si scarica per correnti di bias: drooprate attenzione all'impedenza di ingresso: potrebbe non essere alta 15

16 Campionatore (Track and Hold) Caratteristiche tecniche essenziali (AD346) tempo acquisizione (0.1%): 2µs offset: ±3mV offset/ T: ±0.3µV/ C droop rate: 0.5mV/µs drooprate/ T: 0.7mv/µs/ C impedenza ingresso: 3kΩ 16

17 Convertitore analogicodigitale Numerose tipologie ad integrazione rampa doppia rampa in retroazione successive approssimazioni contatore conversione diretta flash per l automazione 17

18 Convertitore analogicodigitale Criteri di scelta ampa S. appross. tempo conversione elevato basso risoluzione elevata elevata Immunità ai disturbi elevata bassa disponibilità limitata elevata costo limitato cresce col n. di bit strumentazione controllo 18

19 Convertitore analogicodigitale Schema di principio di un convertitore per successive approssimazioni Clock OEH V in S A 3 s t a t e 8 4 OEL interfaccia di uscita DAC nucleo base V refin generazione ef V refout del riferimento 19

20 Convertitore analogicodigitale Caratteristiche tecniche essenziali (AD674B) pinout standard industriale risoluzione: 12 bit linearità: 11 bit (T min,t max ) tempo conversione: 15µs offset: ±2LSB offset/ T: 10 ppm/ C impedenza ingresso: <7kΩ riferimento tensione interno: si interfaccia bus: 816 bit funzionamento bipolare: si 20

21 Convertitore da esolver a digitale Schema di principio V4cosϑ V4senϑ V4=Vmsenωt xsenφ xcosφ φ U/D counter V4sen(ϑ Φ) VCO Demodulat. 1 1sT1 s 1sT2 sen(ϑ Φ) latch 21

22 Convertitore digitaleanalogico Schema Moltiplicativo: V ref variabile 4 quadranti: V 1 <V ref <V 2 V ref ef Schema 2 LE LEh 4 8 I out V out glitches in uscita per il caricamento LElow in sequenza del dato µp BUS a 8 bit 22

23 Convertitore digitaleanalogico Unica tipologia rete a scala 2 Molteplici realizzazioni tecnologiche numero di bit 8 24 ingresso digitale parallelo o seriale latch singolo o multiplo uscita analogica corrente o tensione generatore di riferimento interno o esterno convertitore moltiplicativo 23

24 Convertitore digitaleanalogico Caratteristiche tecniche essenziali (DAC7545) pinout standard industriale risoluzione: 12 bit linearità: ± 2 LSB monotonicità: 10 bit uscita: corrente G: ±20 LSB G/ T: 5ppm/ C t ass : 2 µs ingresso digitale: latch a 12 bit moltiplicativo: si a 4 quadranti 24

25 INGEGNEIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTOLLO Condizionamento dei Segnali fine Prof. Carlo ossi DEIS Università di Bologna Tel: crossi@deis.unibo.it