Conversione A/D. Corso di Misure Elettriche

Dimensione: px
Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Conversione A/D. Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/"

Transcript

1 Conversione A/D Corso di Misure Elettriche Piero Malcovati Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione Università di Pavia Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 1/52

2 Indice 1 Generalità 2 Campionamento 3 Quantizzazione 4 Blocchi Base Comparatore Contatore Convertitore D/A 5 Convertitori A/D Convertitore A/D a Dente di Sega o a Rampa Lineare Convertitore A/D a Doppia Rampa Lineare Convertitore A/D Incrementale Convertitore A/D ad Approssimazioni Successive Convertitore A/D Flash Convertitore A/D Pipeline Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 2/52

3 Generalità La conversione Analogico-Digitale (A/D) è il processo di trasformazione di una grandezza analogica, continua nel tempo e in ampiezza, in una grandezza digitale, discreta nel tempo e in ampiezza Un convertitore A/D richiede, quindi, due processi di discretizzazione Un processo di discretizzazione nel dominio del tempo, che prende il nome di campionamento Un processo di discretizzazione in ampiezza, che prende il nome di quantizzazione La frequenza f S, con cui vengono prelevati i campioni del segnale di ingresso, prende il nome di frequenza di campionamento Il numero N bit di bit, con cui viene rappresentata la grandezza digitale di uscita dopo la quantizzazione, prende il nome di risoluzione ed è un indice della precisione con cui viene effettuata la conversione A/D stessa Maggiore è N bit, più preciso risulta, infatti, il convertitore A/D Esistono numerose tecniche circuitali per effettuare la conversione A/D Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 3/52

4 Generalità In generale, le diverse tecniche permettono di ottenere alternativamente Un elevata risoluzione, con bassa frequenza di campionamento Una bassa risoluzione, con una elevata frequenza di campionamento Il contenuto informativo per unità di tempo resta, grossomodo, costante A seconda dei casi, quindi, occorre scegliere la tecnica di conversione A/D, che garantisce il miglior compromesso tra frequenza di campionamento e risoluzione 100 khz Campionamento 10 khz 1 khz 100 Hz 8 bit Risoluzione 12 bit 16 bit Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 4/52

5 Campionamento X(t) Segnale Analogico Tempo Continuo t S(t) Impulsi di Campionamento XS(t) T S Segnale Analogico Campionato t t Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 5/52

6 Campionamento Il campionamento trasforma una grandezza variabile nel tempo in modo continuo, in una grandezza definita solo in ben determinati istanti di tempo Nel campionamento, un segnale analogico, che varia in funzione del tempo, viene moltiplicato per una sequenza di segnali di tipo impulsivo, di ampiezza costante (ad esempio, unitaria), che si ripetono con frequenza costante f S Il periodo T S = 1/f S è detto intervallo di campionamento Il risultato che si ottiene dal prodotto è rappresentato, ovviamente, da una serie di impulsi, modulati in ampiezza Dal punto di vista matematico, il segnale campionato x (t) è dato da x (t) = x (t) δ (t it S ) i=0 dove δ (t) è l impulso di Dirac Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 6/52

7 Campionamento Una sequenza infinita di impulsi di Dirac, essendo un segnale periodico di frequenza f S, può essere sviluppato in serie di Fourier e, quindi δ (t it S ) = 1 T S i=0 i=0 e ji2πf St La trasformata di Laplace di una sequenza infinita di impulsi di Dirac risulta, quindi L δ (t it S ) = e ist S = 1 δ (s ji2πf S ) T S i= i= i= Pertanto, la trasformata di Laplace X (s) di x (t) risulta X (s) = L [ x (t) ] = x (it S ) e ist S = X (s ji2πf S ) i= i= dove X (s) è la trasformata di Laplace di x (t) Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 7/52

8 Campionamento Lo spettro del segnale campionato è costituito dalla sovrapposizione di infinite repliche dello spettro del segnale tempo-continuo Vale, quindi, il teorema di Shannon o del campionamento, secondo il quale il campionamento di un segnale tempo-continuo, con banda finita B S, non porta ad alcuna perdita di informazione, purché si utilizzi una frequenza di campionamento f S 2B S La massima banda di un segnale, che può essere campionato a frequenza f S, senza perdita di informazione, B S = f S /2, prende il nome di frequenza di Nyquist Spettro del Segnale Tempo-Continuo B S f S Spettro del Segnale Campionato f B S f S 2f S 3f S 4f S 5f S f Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 8/52

9 Campionamento Spettro del Segnale Tempo-Continuo B S f S Spettro del Segnale Campionato f B S f S 2f S 3f S 4f S 5f S f Qualora si campioni a frequenza f S un segnale con componenti spettrali a frequenza f > f S /2, insorge il cosiddetto fenomeno di aliasing, per cui le componenti spettrali a frequenza f > f S /2 vengono ripiegate nella banda da 0 a f S /2, andandosi a sovrapporre alle componenti spettrali già presenti in questa banda Per effetto del campionamento, le componenti spettrali del segnale tempo-continuo a frequenza f = if S ± f 0, con f 0 < f S /2 si sovrappongono alle componenti spettrali a frequenza f 0, risultando indistinguibili Questo porta a un inevitabile perdita di informazione Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 9/52

10 Campionamento Amplitude t/t S Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 10/52

11 Campionamento Per ovviare a questo inconveniente, generalmente, prima del campionamento un segnale tempo-continuo viene filtrato, in modo da rimuovere tutte le componenti spettrali a frequenza f > f S /2 Il filtro utilizzato a questo scopo prende il nome di filtro anti-aliasing In pratica, non è possibile generare una funzione di Dirac, ma solo impulsi di durata finita Pertanto, normalmente, si usano campionatori, detti sample-and-hold In questo circuito, il condensatore C viene caricato al valore del segnale di ingresso V i, tramite l interruttore S 1 (sample) Dopo un intervallo di tempo pari a T S /2, l interruttore S 1 viene aperto e il condensatore C mantiene (hold), per un tempo pari ancora a T S /2, il valore della tensione di ingresso, presente all apertura di S 1 Prima di richiudere l interruttore S 1, per passare al campione successivo, il condensatore C viene scaricato tramite l interruttore S 2 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 11/52

12 Campionamento S 1 V U V i C S 2 VU T S t Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 12/52

13 Quantizzazione Il processo di discretizzazione in ampiezza o quantizzazione, a differenza del campionamento, porta, inevitabilmente, ad una perdita di informazione Il segnale quantizzato, infatti, è, per definizione, rappresentato da un numero finito di bit (N bit ), che identificano 2 N bit intervalli di quantizzazione δ Q, ciascuno di ampiezza data da δ Q = 2 N bit dove denota l ampiezza massima del segnale o fondo scala (tipicamente, il massimo segnale va da /2 a + /2) Pertanto, tutti i livelli analogici compresi in un particolare intervallo δ Q, dopo la quantizzazione, risultano indistinguibili, provocando la perdita di informazione La differenza tra il segnale di ingresso e il segnale quantizzato prende il nome di errore di quantizzazione ɛ Q Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 13/52

14 Quantizzazione N out N 2 1 i 0 V in Δ Intervallo di Quantizzazione (δq ) L entità dell errore di quantizzazione risulta tanto minore, quanto maggiore è la risoluzione del quantizzatore, definita dal numero N bit di bit in uscita In particolare, si avrà δ Q /2 ɛ Q +δ Q /2 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 14/52

15 Quantizzazione L errore di quantizzazione può essere considerato una variabile casuale, sotto le seguenti ipotesi L errore di quantizzazione, entro ciascun intervallo di quantizzazione, ha funzione densità di probabilità uniforme Tutti gli intervalli di quantizzazione hanno la medesima ampiezza, sufficientemente ridotta L errore di quantizzazione non è correlato al segnale di ingresso Queste ipotesi, sono, generalmente, soddisfatte nella pratica, considerando che i segnali analogici sono, normalmente, affetti da altre forme di rumore elettronico, con andamento casuale Sotto queste ipotesi, la funzione densità di probabilità dell errore di quantizzazione risulta f ( ɛ Q ) = 1 δ Q, per δ Q /2 ɛ Q +δ Q /2 f ( ɛ Q ) = 0, altrimenti Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 15/52

16 Quantizzazione L incertezza dovuta all errore di quantizzazione, data dalla deviazione standard di ɛ Q, risulta, quindi u ( ɛ Q ) = δ Q 12 È possibile, a questo punto, definire il rapporto segnale-rumore (SNR), dato dal rapporto tra il valore efficace di un segnale sinusoidale, con ampiezza pari a /2, e l incertezza dovuta all errore di quantizzazione SNR = 2 2u ( ) = 3 3 = 2NBit ɛ Q δ Q 2 2 Esprimendo il SNR in decibel, si ottiene SNR db = 6.02N Bit Il SNR e la risoluzione sono legati e, quindi, rappresentano due parametri alternativi per esprimere la precisione di un convertitore A/D Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 16/52

17 Quantizzazione Qualora, oltre all errore di quantizzazione, vi siano altre fonti di incertezza nella conversione A/D, come, per esempio, altre sorgenti di rumore elettronico, risulta conveniente esprimere la precisione effettiva del convertitore A/D tramite il SNR, introducendo, però, a denominatore, l incertezza composta, ottenuta combinando tutti i diversi contributi Dato il SNR così ottenuto, si può definire la risoluzione effettiva, ovvero, il numero di bit effettivi (ENOB) del convertitore A/D, come ENOB = SNR db Il ENOB rappresenta la risoluzione di un convertitore A/D ideale, affetto solo dall incertezza dovuta all errore di quantizzazione, avente lo stesso SNR del convertitore A/D considerato Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 17/52

18 Comparatore Prima di considerare alcune tecniche di conversione A/D, particolarmente adatte per gli strumenti di misura, è utile esaminare alcuni blocchi base di uso comune nei convertitori A/D La maggior parte delle tecniche di conversione A/D si basano, infatti, su diverse combinazioni di questi blocchi base elementari In ogni convertitore A/D è presente almeno un comparatore Un comparatore riceve in ingresso un segnale analogico V i (t) e fornisce in uscita un segnale digitale a singolo bit V U (t) di livello logico 0, se V i (t) < V T, oppure di livello logico 1, se V i (t) V T La tensione di riferimento V T prende il nome di tensione di soglia Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 18/52

19 Comparatore Vi(t) V T t VU(t) 1 0 t Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 19/52

20 Comparatore Il comparatore costituisce, quindi, un quantizzatore con risoluzione di un bit L incertezza legata all operazione di comparazione dipende Dalla sensibilità del comparatore, cioè, dalla minima differenza tra V i (t) e V T, che determina la commutazione del livello del segnale di uscita Dall offset del comparatore Dalla rapidità di risposta del comparatore stesso La tecnologia attuale impiega nei comparatori circuiti amplificatori ad alto guadagno, con ingresso differenziale, sotto forma di circuiti integrati e, quindi, molto stabili e sensibili, con buona velocità di risposta Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 20/52

21 Contatore Nella conversione A/D, hanno un ruolo importante i sistemi di conteggio degli impulsi (contatori di impulsi) Per questi sistemi si ricorre, solitamente, all uso di catene di flip-flop (FF), collegati in cascata Si consideri, per semplicità un contatore con 3 flip-flop (contatore a 3 bit) Il primo impulso, inviato in ingresso al primo flip-flop (IN), provoca la transizione di Q 1, che passa dal livello logico 0 al livello logico 1, mentre Q 2 e Q 3 restano invariati Quando un secondo impulso viene applicato in ingresso, Q 1 passa dal livello logico 1 al livello logico 0, Q 2 passa dal livello logico 0 al livello logico 1 e Q 3 resta invariato Per ogni impulso successivo, applicato in ingresso, il primo flip-flop cambia la sua uscita, mentre gli altri flip-flop cambiano la loro uscita solo in corrispondenza di una transizione 1-0 dell uscita del flip-flop precedente Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 21/52

22 Contatore D nq FF D nq FF D nq FF IN Ck Q Ck Q Ck Q Reset Q 1 Q 2 Q 3 0 IN Q 1 Q 2 Q 3 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 22/52

23 Contatore Si può osservare che, in ragione del meccanismo descritto, la catena di flip-flop è in grado di contare fino a 2 3 = 8 impulsi e che la parola digitale Q 3 Q 2 Q 1 rappresenta la codifica binaria del numero di impulsi ricevuti Più generalmente, un contatore con una cascata di N flip-flop può contare fino a 2 N impulsi Un gruppo di flip-flop costituisce un modulo del contatore È evidente che più moduli possono essere posti in cascata, per incrementare il fondo scala del contatore stesso Se due moduli con N e M flip-flop, rispettivamente, vengono posti in cascata, il contatore risultante può contare 2 N+M impulsi Questo contatore prende il nome di contatore asincrono, in quanto ciascun flip-flop, a parte il primo, riceve come ingresso di clock (Ck) il bit di uscita negato del flip-flop precedente Conseguentemente, in presenza di ritardi di propagazione nei flip-flop, le transizioni dei diversi bit di uscita Q i non avverranno contemporaneamente Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 23/52

24 Contatore Siccome questi ritardi, soprattutto quando si devono contare impulsi a frequenza elevata, possono portare a problemi di sincronizzazione, spesso, si ricorre al contatore sincrono, in cui gli impulsi da contare sono inviati, contemporaneamente, a tutti i flip-flop, provocando, così, la commutazione contemporanea di tutti i bit di uscita Dal punto di vista funzionale, il contatore sincrono è del tutto equivalente al contatore asincrono Nel contatore sincrono sono, però, necessarie delle porte logiche per interconnettere tra loro i flip-flop Nei contatori è, generalmente, previsto un dispositivo di azzeramento (Reset), che consente, automaticamente o manualmente, di riportare ogni modulo alle condizioni iniziali Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 24/52

25 Contatore D nq FF D nq FF D nq FF IN Reset Ck Q Ck Q Ck Q Q 1 Q 2 Q 3 0 IN Q 1 Q 2 Q 3 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 25/52

26 Convertitore D/A Per la realizzazione di convertitori A/D, sono, frequentemente, necessari dei convertitori D/A La conversione D/A rappresenta, ovviamente, l operazione inversa della conversione A/D Per effettuare la conversione D/A di una parola digitale D, rappresentata con N bit bit (D = b Nbit 1 b 0 ), occorre assegnare, a ciascuno dei 2 N bit possibili valori di D, un valore analogico di tensione (V U ) o di corrente (I U ), secondo la relazione oppure V U = V N bit 1 r 2 N b i 2 i bit I U = I r 2 N bit i=0 N bit 1 i=0 b i 2 i dove V r e I r rappresentano, rispettivamente, i valori di fondo scala di tensione o di corrente Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 26/52

27 Convertitore D/A IN Registro 20 R 2 1 R R V r 2 2 R V U 2 (N 1) R Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 27/52

28 Convertitore D/A Il circuito include Una sorgente di tensione continua di riferimento V r, fortemente stabilizzata N bit interruttori analogici N bit resistori di precisione, con valori pesati secondo le potenze di 2 Un amplificatore operazionale, configurato come sommatore Gli interruttori analogici devono essere comandati dai bit b i della parola digitale da convertire Per effetto della massa virtuale dell amplificatore operazionale, in ciascuno degli N bit resistori di precisione, fluisce una corrente I i = V r 2 i R se il rispettivo interruttore è chiuso, oppure I i = 0, se il rispettivo interruttore è aperto, con i = 0,, N bit 1 Sulla resistenza R, connessa in retroazione intorno all amplificatore operazionale, fluisce una corrente data dalla somma delle correnti I i e, quindi, la tensione di uscita del circuito V U, risulta pari al valore analogico corrispondente alla parola digitale applicata Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 28/52

29 Convertitori A/D Per realizzare un convertitore A/D con N bit bit di risoluzione, occorre in linea di principio, confrontare il segnale di ingresso con 2 N bit valori di riferimento, uno per ogni intervallo di quantizzazione Questi confronti possono essere effettuati in parallelo, tutti contemporaneamente, o in serie, uno dopo l altro, o, ancora, utilizzando combinazioni serie-parallelo Le diverse tecniche di conversione A/D si differenziano proprio in base al metodo utilizzato per effettuare i confronti necessari, che, tra l altro, determina anche la risoluzione raggiungibile e la frequenza di campionamento utilizzabile Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 29/52

30 Convertitore A/D a Dente di Sega o a Rampa Lineare V i V C Generatore di Dente di Sega V S Comparatore Clock Ck Contatore R D Reset V S A V i V C ΔT T Ck Ck t D t Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 30/52

31 Convertitore A/D a Dente di Sega o a Rampa Lineare La tensione di ingresso V i viene confrontata, tramite un comparatore, con una tensione a dente di sega V S = kt La tensione di uscita del comparatore V C si trova al livello logico 1, fintanto che V i > V S, mentre passa al livello logico 0, non appena V i V S Un contatore di impulsi determina il numero di impulsi di clock, di periodo T Ck, contenuti nell intervallo di tempo T, in cui la tensione V C si trova al livello logico 1, fornendo in uscita una parola digitale D a N bit bit, data da D = T = V i T Ck kt Ck La risoluzione del convertitore A/D è, essenzialmente, determinata dalla pendenza del dente di sega k e dal periodo T Ck del clock utilizzato In particolare, per aumentare la risoluzione, occorre ridurre, il più possibile, sia k sia T Ck Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 31/52

32 Convertitore A/D a Dente di Sega o a Rampa Lineare Supponendo di utilizzare la massima frequenza di clock possibile (T Ck minimo), quindi, il tempo massimo necessario per effettuare una conversione A/D, dato da T max = V i,max k = 2 N bit T Ck cresce al crescere della risoluzione richiesta (k diminuisce) La linearità e la precisione della conversione A/D dipendono dalla linearità del dente di sega e dalla costanza del periodo del clock Nella maggioranza dei casi, la pendenza della rampa, prodotta dal generatore di dente di sega, rappresenta il contributo dominante all incertezza del convertitore A/D (oltre, ovviamente, all errore di quantizzazione), in quanto essa dipende, tipicamente, da una costante di tempo τ = RC, difficile da controllare con precisione In questo caso, i 2 N bit confronti, idealmente necessari per ottenere una conversione A/D a N bit bit, sono effettuati in serie Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 32/52

33 Convertitore A/D a Doppia Rampa Lineare S2 Vi Vr S1 R C VR Comparatore Reset Logica di Controllo Switch EOC Enable Reset Clock Enable R Ck Contatore D Vm1 Vm2 Segnale di Ingresso Vi k1 Segnale di Riferimento Vr k2 T1 ΔT1 ΔT2 t TCk Dmax D1 t D2 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 33/52

34 Convertitore A/D a Doppia Rampa Lineare Il convertitore A/D a doppia rampa lineare è basato sullo stesso principio di funzionamento del convertitore A/D a dente di sega, ma è in grado di raggiungere prestazioni nettamente migliori, in quanto il risultato della conversione A/D viene reso indipendente dalla costante di tempo τ = RC, utilizzata per generare la rampa lineare Il ciclo di conversione di un convertitore A/D a doppia rampa lineare è diviso in due fasi distinte In una prima fase, tramite un integratore, viene generata una rampa, con pendenza proporzionale al segnale di ingresso, data da V R = V i RC t = k 1t All inizio della seconda fase, dopo un intervallo di tempo prefissato T 1, l interruttore S 1 viene commutato, connettendo l ingresso dell integratore alla tensione V r Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 34/52

35 Convertitore A/D a Doppia Rampa Lineare L uscita dell integratore, che nel frattempo ha raggiunto il valore V R,max = V m = V i RC T 1 = k 1 T 1 inizia, quindi, a scendere ed è data da V R = V m V r RC t = V m k 2 t Contemporaneamente, viene abilitato, tramite il segnale Enable, un contatore di impulsi, pilotato da un opportuno segnale di clock (Clock), di periodo T Ck Quando la tensione V R raggiunge lo zero, il comparatore cambia stato ed il conteggio viene fermato Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 35/52

36 Convertitore A/D a Doppia Rampa Lineare L intervallo di tempo, necessario a scaricare completamente la capacità C, risulta pari a T = V m k 2 = k 1T 1 k 2 = V i RC T 1 V r = V i T 1 V RC r Si può notare come il valore di T sia indipendente dalla costante di tempo τ = RC Scegliendo T 1 = 2 N bit T Ck, il codice digitale, che si ottiene in uscita al convertitore A/D, risulta D = T T Ck = V it 1 V r T Ck = V i V r 2 N bit La precisione del convertitore A/D, quindi, in questo caso, dipende solo dalla precisione con cui si realizza la tensione di riferimento V r, mentre la dipendenza dal periodo del clock T Ck e dalla costante di tempo τ = RC viene eliminata Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 36/52

37 Convertitore A/D a Doppia Rampa Lineare Questo miglioramento della precisione del convertitore A/D viene ottenuto a spese di un periodo di conversione più lungo, che non in un convertitore A/D a dente di sega Il tempo necessario per ottenere il codice digitale in uscita risulta, infatti, pari a T max = 2 N bit T Ck + 2 N bit T Ck = 2 N bit+1 T Ck L interruttore S 2, controllato dal segnale Reset, permette di azzerare l uscita dell integratore, prima di iniziare un ciclo di conversione Contestualmente, viene azzerato anche il contatore Un opportuna logica di controllo si occupa di generare tutti i segnali necessari al funzionamento del convertitore A/D (Reset, Enable, Switch) Il segnale EOC, fornito dal contatore alla logica di controllo, viene utilizzato per identificate l istante di tempo T 1 Anche in questo caso, i 2 N bit confronti, idealmente necessari per ottenere una conversione A/D a N bit bit, sono effettuati in serie Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 37/52

38 Convertitore A/D Incrementale Reset Ck Reset V i + Integratore U Comparatore Latch Q Contatore N bit D V f +V r V r Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 38/52

39 Convertitore A/D Incrementale Gli elementi costitutivi di un convertitore A/D incrementale sono gli stessi presenti in un convertitore a doppia rampa lineare, ovvero, un integratore, un comparatore e un contatore Il principio di funzionamento è, tuttavia, diverso In un convertitore A/D incrementale, la grandezza in uscita all integratore U (kt Ck ), al tempo kt Ck, dove T Ck = 1/f Ck è il periodo del segnale di clock Ck, è data da U (0) = V i U (kt Ck ) = U [(k 1) T Ck ] + [ V i ( 1) Q[(k 1)T Ck]+1 V r ] U ( 2 N bit T Ck ) = U [( 2 N bit 1 ) T Ck ] ( 1) Q[(2 N bit 1)T Ck]+1 V r dove V i è la tensione di ingresso e Q (kt Ck ) è il bit di uscita del comparatore, che può assumere i valori 0 o 1 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 39/52

40 Convertitore A/D Incrementale In pratica, in ogni periodo di clock (indice k), il comparatore verifica il segno del segnale di uscita dell integratore U (kt Ck ), determinando se al colpo di clock successivo la tensione di riferimento V r deve essere sommata, per U (kt Ck ) < 0, o sottratta, per U (kt Ck ) 0, al segnale di ingresso V i Durante il primo periodo di clock, viene integrato solo il segnale di ingresso, mentre, durante l ultimo periodo di clock, viene integrato solo il segnale V f ( 2 N bit T Ck ) = ( 1) Q[(2 N bit 1)T Ck]+1 V r Trattandosi di un anello di reazione negativa, con elevato guadagno per le basse frequenze, per via dell integratore, il segnale V f (kt Ck ) tende ad uguagliare, in media, il segnale di ingresso V i Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 40/52

41 Convertitore A/D Incrementale Pertanto, il contatore di impulsi, accumulando il segnale digitale Q (kt Ck ), legato a V f (kt Ck ), a meno della tensione V r, dopo 2 N bit periodi di clock, fornisce in uscita una parola digitale D, data da D = 2 N bit 1 k=0 Q (kt Ck ) = 2 N bit Q = 2 N bit V f V r = 2 N bit V i V r dove Q denota il valore medio di Q (kt Ck ), mentre V f è il valore medio di V f (kt Ck ) Ovviamente, il tempo di conversione risulta pari a 2 N bit T Ck Il segnale Reset permette di azzerare l integratore e il contatore prima di ogni conversione La precisione del convertitore A/D, in questo caso, dipende solo dalla precisione con cui si realizza la tensione di riferimento V r Anche in questo caso, i 2 N bit confronti, idealmente necessari per ottenere una conversione A/D a N bit bit, sono effettuati in serie Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 41/52

42 Convertitore A/D ad Approssimazioni Successive V i S&H Φ S + Comparatore V r Registro ad Approssimazioni Successive N bit Φ Ck DAC D Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 42/52

43 Convertitore A/D ad Approssimazioni Successive Il convertitore A/D ad approssimazioni successive è costituito da un sample-and-hold (S&H), un comparatore, un convertitore D/A (DAC) e un blocco digitale, denominato registro ad approssimazioni successive (SAR) Il principio di funzionamento di questo convertitore A/D è basato sul metodo delle bisezioni, che permette di determinare la parola digitale a N bit bit, che rappresenta il segnale di ingresso, in N bit periodi di clock All inizio di ogni ciclo di conversione, il segnale di ingresso V i viene campionato dal S&H Successivamente, il segnale di ingresso viene confrontato con la tensione analogica fornita dal DAC, che corrisponde al bit più significativo Se il segnale di ingresso è di ampiezza inferiore rispetto al segnale fornito dal DAC, significa che il bit più significativo della parola digitale di uscita D deve essere posto a 0, altrimenti, significa che esso deve essere posto a 1 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 43/52

44 Convertitore A/D ad Approssimazioni Successive Registro ad Approssimazioni Successive MSB LSB Conferma? CK 1 CK 2 CK 3 CK 4 CK 5 CK CK ? S S N S N Ipotizzato Confermato Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 44/52

45 Convertitore A/D ad Approssimazioni Successive Una volta stabilito il valore del bit più significativo, esso viene memorizzato dal SAR e mantenuto Si passa, quindi, al bit successivo, confrontando la tensione fornita dal DAC con il segnale di ingresso In base alla decisione del comparatore, si stabilisce se il bit in questione deve essere 0 o 1, memorizzando poi il risultato nel SAR Si procede in questo modo per N bit periodi di clock, fino a che non vengono determinati tutti i bit Ovviamente, il tempo di conversione risulta pari a N bit T Ck I convertitori A/D ad approssimazioni successive, a parità di frequenza di clock, sono notevolmente più veloci, rispetto ai convertitori A/D a rampa lineare o incrementali Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 45/52

46 Convertitore A/D ad Approssimazioni Successive Tuttavia, essi presentano un incertezza maggiore, legata alla precisione con cui si riescono a realizzare le tensioni di uscita del DAC In questo caso, infatti, invece di una sola tensione di riferimento V r, devono essere generate N bit tensioni di riferimento, che devono essere in rapporto tra loro precisamente come le potenze di 2 Con i convertitori A/D ad approssimazioni successive è, pertanto, molto difficile superare i 12 bit di precisione In questo caso, i 2 N bit confronti, idealmente necessari per ottenere una conversione A/D a N bit bit, sono effettuati utilizzando una combinazione serie-parallelo Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 46/52

47 Convertitore A/D Flash V r V i R d /2 - R d R d R d b N bit 1 b N bit 2 b N bit 3 b 1 Convertitore da Codice Termometrico a Codice Binario N bit D R d /2 + b 0 Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 47/52

48 Convertitore A/D Flash Il segnale di ingresso, in un convertitore A/D flash a N bit bit, viene confrontato con 2 N bit tensioni di riferimento, tipicamente generate con una stringa resistiva, realizzata con 2 N bit resistori R d, tramite 2 N bit 1 comparatori Le tensioni di riferimento corrispondono ai limiti dei singoli intervalli di quantizzazione In uscita ai comparatori, si ottengono 2 N bit 1 segnali digitali a singolo bit b i Tutti i b i corrispondenti a comparatori, la cui tensione di riferimento è inferiore al segnale di ingresso, saranno a 0, mentre gli altri saranno a 1 Si ottiene, quindi, una rappresentazione digitale del segnale di ingresso, secondo un codice detto termometrico (per l ovvia analogia con un termometro a mercurio) Il codice termometrico può poi essere convertito, tramite un semplice circuito logico, in un codice binario, in modo da ottenere la parola digitale di uscita D Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 48/52

49 Convertitore A/D Flash I convertitori A/D flash possono raggiungere velocità di conversione molto elevate, in quanto richiedono un solo periodo di clock per fornire la parola digitale di uscita Tuttavia, per via della presenza di un numero elevato di componenti (2 N bit resistori R d e 2 N bit 1 comparatori), ciascuno con le sue tolleranze e non-idealità, l incertezza associata a questi convertitori risulta elevata Inoltre, si può notare come la complessità del circuito cresca esponenzialmente con la risoluzione Pertanto, la risoluzione massima raggiungibile con convertitori A/D flash risulta dell ordine di 6 bit In questo caso, i 2 N bit confronti, idealmente necessari per ottenere una conversione A/D a N bit bit, sono effettuati in parallelo Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 49/52

50 Convertitore A/D Pipeline 1 2 k V i ADC + Residuo ADC + Residuo Residuo ADC + Residuo N bit,1 Campione n N bit,2 Campione (n 1) N bit,k Campione (n k 1) Logica di Ricombinazione D N bit Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 50/52

51 Convertitore A/D Pipeline Il convertitore A/D pipeline sfrutta il principio della catena di montaggio In pratica, il segnale di ingresso V i viene convertito, in passi successivi, da k stadi posti in cascata Mentre il primo stadio elabora il campione corrente del segnale di ingresso, il secondo stadio elabora ulteriormente il campione, già elaborato dal primo stadio nel periodo di clock precedente, e così via, fino all ultimo stadio Ciascuno degli stadi produce un sottoinsieme N bit,k degli N bit bit, che compongono la parola digitale di uscita D Il convertitore pipeline, pertanto, a parte una latenza iniziale di k periodi di clock (kt Ck ), fornisce in uscita una nuova parola digitale per ogni periodo di clock (T Ck ), come il convertitore flash Ciascuno dei k stadi del convertitore A/D pipeline converte in digitale il proprio segnale di ingresso, con una data risoluzione (N bit,k ), e fornisce in uscita la corrispondente parola digitale a N bit,k bit, nonché un residuo, che dovrà essere poi convertito dallo stadio successivo Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 51/52

52 Convertitore A/D Pipeline Il residuo si ottiene moltiplicando per 2 N bit,k la differenza tra il segnale di ingresso dello stadio e il segnale di uscita a N bit,k bit, convertito in analogico da un convertitore D/A Il residuo è, quindi, sostanzialmente, l errore di quantizzazione introdotto da ciascuno stadio nella conversione A/D a N bit,k bit I bit ottenuti in uscita dai diversi stadi vengono poi riallineati tramite opportuni registri, in modo da costituire la parola digitale di uscita D, corrispondente a ogni campione del segnale di ingresso La risoluzione di un convertitore pipeline risulta limitata dall accuratezza con cui si riescono a realizzare i fattori 2 N bit,k, necessari per generare il residuo, nonché dalla precisione dei convertitori A/D e D/A, presenti nei singoli stadi La massima risoluzione ottenibile si aggira intorno a 12 bit In questo caso, i 2 N bit confronti, idealmente necessari per ottenere una conversione A/D a N bit bit, sono effettuati utilizzando una combinazione serie-parallelo Piero Malcovati Misure Elettriche Conversione A/D 52/52

9. Conversione Analogico/Digitale

9. Conversione Analogico/Digitale Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Pavia Corso di Misure Elettriche Capitolo 9 9. Conversione Analogico/Digitale http://ims.unipv.it/~piero/misure.html 9.1. Generalità In un convertitore

Dettagli

CONVERSIONE ANALOGICA DIGITALE (ADC)(A/D) CONVERSIONE DIGITALE ANALOGICA (DAC)(D/A)

CONVERSIONE ANALOGICA DIGITALE (ADC)(A/D) CONVERSIONE DIGITALE ANALOGICA (DAC)(D/A) CONVERSIONE ANALOGICA DIGITALE (ADC)(A/D) CONVERSIONE DIGITALE ANALOGICA (DAC)(D/A) ELABORAZIONE ANALOGICA O DIGITALE DEI SEGNALI ELABORAZIONE ANALOGICA ELABORAZIONE DIGITALE Vantaggi dell elaborazione

Dettagli

STRUMENTAZIONE E MISURE ELETTRICHE. Condizionamento ed acquisizione del segnale

STRUMENTAZIONE E MISURE ELETTRICHE. Condizionamento ed acquisizione del segnale STRUMENTAZIONE E MISURE ELETTRICHE Condizionamento ed acquisizione del segnale Prof. Salvatore Nuccio salvatore.nuccio@unipa.it, tel.: 0916615270 1 Circuito di condizionamento Un sensore/trasduttore (S/T)

Dettagli

Strumenti Digitali. Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/

Strumenti Digitali. Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/ Strumenti Digitali Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/ Piero Malcovati Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione Università di Pavia piero.malcovati@unipv.it Piero Malcovati

Dettagli

5 Amplificatori operazionali

5 Amplificatori operazionali 5 Amplificatori operazionali 5.1 Amplificatore operazionale: caratteristiche, ideale vs. reale - Di seguito simbolo e circuito equivalente di un amplificatore operazionale. Da notare che l amplificatore

Dettagli

acquisire informazioni su grandezze analogiche, trasformandole in stringhe di bit

acquisire informazioni su grandezze analogiche, trasformandole in stringhe di bit Convertitori analogico/digitali Un convertitore analogico digitale ha la funzione inversa a quella di un convertitore DAC, poiché il suo scopo è quello di permetter ad un sistema a microprocessore di acquisire

Dettagli

Acquisizione di segnali per l elaborazione digitale.

Acquisizione di segnali per l elaborazione digitale. Acquisizione di segnali per l elaborazione digitale. Il segnale generato dai trasduttori in genere non è idoneo per la diretta elaborazione da parte dell unità di governo che realizza un algoritmo di controllo,

Dettagli

Sistema acquisizione dati

Sistema acquisizione dati 12 Sistema acquisizione dati 3.1 Introduzione: Per convertire i segnali analogici trasmessi dai sensori in segnali digitali dobbiamo usare i convertitori analogici digitali o più comunemente chiamati ADC(Analog-to-Digital

Dettagli

SISTEMI DI ACQUISIZIONE

SISTEMI DI ACQUISIZIONE SISTEMI DI ACQUISIZIONE Introduzione Lo scopo dei sistemi di acquisizione dati è quello di controllo delle grandezze fisiche sia nella ricerca pura, nelle aziende e, per i piccoli utenti. I vantaggi sono:

Dettagli

IL SAMPLE AND HOLD UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO. Progetto di Fondamenti di Automatica. PROF.: M. Lazzaroni

IL SAMPLE AND HOLD UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO. Progetto di Fondamenti di Automatica. PROF.: M. Lazzaroni UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI Corso di Laurea in Informatica IL SAMPLE AND HOLD Progetto di Fondamenti di Automatica PROF.: M. Lazzaroni Anno Accademico

Dettagli

Dispense del corso di Elettronica Ls Prof. Guido Masetti

Dispense del corso di Elettronica Ls Prof. Guido Masetti Dispense del corso di Elettronica Ls Prof. Guido Masetti Elaborazione dei segnali 1 Sommario Elaborazione del segnale Sistemi lineari tempo invarianti (LTI), tempocontinui e tempo-discreti Analisi di Fourier

Dettagli

Convertitore analogico digitale (ADC) a n bit riceve in ingresso un segnale analogico e lo codifica in un segnale digitale a n bit

Convertitore analogico digitale (ADC) a n bit riceve in ingresso un segnale analogico e lo codifica in un segnale digitale a n bit ingressi analogici Conversione A/D Convertitore analogico digitale (ADC) a n bit riceve in ingresso un segnale analogico e lo codifica in un segnale digitale a n bit Ogni codice binario rappresenta il

Dettagli

1 - I segnali analogici e digitali

1 - I segnali analogici e digitali 1 - I segnali analogici e digitali Segnali analogici Un segnale analogico può essere rappresentato mediante una funzione del tempo che gode delle seguenti caratteristiche: 1) la funzione è definita per

Dettagli

Circuiti amplificatori

Circuiti amplificatori Circuiti amplificatori G. Traversi Strumentazione e Misure Elettroniche Corso Integrato di Elettrotecnica e Strumentazione e Misure Elettroniche 1 Amplificatori 2 Amplificatori Se A V è negativo, l amplificatore

Dettagli

Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale. Area Didattica di Ingegneria. Corso di Laurea in Ingegneria Industriale

Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale. Area Didattica di Ingegneria. Corso di Laurea in Ingegneria Industriale Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale Area Didattica di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Industriale Lezioni del Corso di Misure Industriali 1 Università degli Studi di Cassino

Dettagli

1 - I segnali analogici e digitali

1 - I segnali analogici e digitali 1 1 - I segnali analogici e digitali Segnali analogici Un segnale analogico può essere rappresentato mediante una funzione del tempo che gode delle seguenti caratteristiche: 1) la funzione è definita per

Dettagli

Nota di Copyright. Leonardo Fanelli Urbino - Ottobre 05

Nota di Copyright. Leonardo Fanelli Urbino - Ottobre 05 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo e i copyright relativi alle slides

Dettagli

Prova scritta - 20130905

Prova scritta - 20130905 Parte E-A Elettronica - Domande a risposta multipla (1 punto ogni risposta corretta; -0,5 per risposte errate) Quesito A.1 Per convertire da Analogico a Digitale un segnale che occupa la banda 100-110

Dettagli

CONVERTITORI DIGITALE/ANALOGICO (DAC)

CONVERTITORI DIGITALE/ANALOGICO (DAC) CONVERTITORI DIGITALE/ANALOGICO (DAC) Un convertitore digitale/analogico (DAC: digital to analog converter) è un circuito che fornisce in uscita una grandezza analogica proporzionale alla parola di n bit

Dettagli

CAPITOLO 16 ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI SEGNALI

CAPITOLO 16 ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI SEGNALI 352 CAPITOLO 16 ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI SEGNALI Un settore importante dell'elettronica che svolge la funzione di interfaccia tra le grandezze fisiche reali e quelle elettriche è il settore che

Dettagli

Microcontrollore. Ora invece passiamo a spiegare come funzionano i convertitori A/D interni ai microcontrollori

Microcontrollore. Ora invece passiamo a spiegare come funzionano i convertitori A/D interni ai microcontrollori Microcontrollore Il microcontrollore è un sistema a microprocessore completo,integrato in un unico chip, progettato per avere la massima autosufficienza e versatilità. Infatti visto il loro prezzo esiguo,

Dettagli

Esperimentazioni di Fisica 3 AA 2013-2014. Tracking ADC. M. De Vincenzi

Esperimentazioni di Fisica 3 AA 2013-2014. Tracking ADC. M. De Vincenzi Esperimentazioni di Fisica 3 AA 2013-2014 Tracking ADC M. De Vincenzi 1 Introduzione La digitalizzazione di segnali analogici si realizza tramite dispositivi che vengono detti ADC (acronimo per Analog

Dettagli

Misure di frequenza e di tempo

Misure di frequenza e di tempo Misure di frequenza e di tempo - 1 Misure di frequenza e di tempo 1 - Contatori universali Schemi e circuiti di riferimento Per la misura di frequenza e di intervalli di tempo vengono diffusamente impiegati

Dettagli

Convertitori Analogico-Digitale

Convertitori Analogico-Digitale Convertitori Analogico-Digitale Lucidi delle lezioni di Microelettronica Parte 8 Università di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Laboratorio di Elettronica (EOLAB) Convertitori

Dettagli

Applicazioni dell amplificatore operazionale

Applicazioni dell amplificatore operazionale Capitolo 10 Applicazioni dell amplificatore operazionale Molte applicazioni dell amplificatore operazionale si basano su circuiti che sono derivati da quello dell amplificatore non invertente di fig. 9.5

Dettagli

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE L. EINAUDI ALBA ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA CLASSE 5H Docenti: Raviola Giovanni Moreni Riccardo Disciplina: Sistemi elettronici automatici PROGETTAZIONE DIDATTICA ANNUALE COMPETENZE FINALI Al termine

Dettagli

Introduzione all analisi dei segnali digitali.

Introduzione all analisi dei segnali digitali. Introduzione all analisi dei segnali digitali. Lezioni per il corso di Laboratorio di Fisica IV Isidoro Ferrante A.A. 2001/2002 1 Segnali analogici Si dice segnale la variazione di una qualsiasi grandezza

Dettagli

Il Campionameto dei segnali e la loro rappresentazione. 1 e prende il nome frequenza di

Il Campionameto dei segnali e la loro rappresentazione. 1 e prende il nome frequenza di Il Campionameto dei segnali e la loro rappresentazione Il campionamento consente, partendo da un segnale a tempo continuo ovvero che fluisce con continuità nel tempo, di ottenere un segnale a tempo discreto,

Dettagli

Lezione B4 - DDC 2003 1

Lezione B4 - DDC 2003 1 Elettronica per le telecomunicazioni Unità B: Anelli ad aggancio di fase (PLL) Lezione B.4 Sintetizzatori, DDS, CDR, DLL principio e parametri di DDS data recovery, CDR sincronizzazione clock con DLL Elettronica

Dettagli

Voltmetri numerici. V x codice DEC Visual. Voltmetri numerici A/D. Strumentazione numerica- Ing. B. Andò - DIEES - Università degli Studi di Catania

Voltmetri numerici. V x codice DEC Visual. Voltmetri numerici A/D. Strumentazione numerica- Ing. B. Andò - DIEES - Università degli Studi di Catania Voltmetri numerici Il processo di codifica dal dominio analogico a quello digitale, operato da un A/D sul singolo campione, rappresenta il cuore dei sistemi numerici per la misura di una tensione continua.

Dettagli

Appendice Circuiti con amplificatori operazionali

Appendice Circuiti con amplificatori operazionali Appendice Circuiti con amplificatori operazionali - Appendice Circuiti con amplificatori operazionali - L amplificatore operazionale Il componente ideale L amplificatore operazionale è un dispositivo che

Dettagli

DISCRETIZZAZIONE DI UN SEGNALE ANALOGICO:

DISCRETIZZAZIONE DI UN SEGNALE ANALOGICO: DISCRETIZZAZIONE DI UN SEGNALE ANALOGICO: nel processo di digitalizzazione che permette di convertire un segnale analogico in modo da poterlo elaborare con dispositivi numerici di calcolo, si operano due

Dettagli

Azionamenti elettronici PWM

Azionamenti elettronici PWM Capitolo 5 Azionamenti elettronici PWM 5.1 Azionamenti elettronici di potenza I motori in corrente continua vengono tipicamente utilizzati per imporre al carico dei cicli di lavoro, nei quali può essere

Dettagli

Trasmissione Dati. Trasmissione Dati. Sistema di Trasmissione Dati. Prestazioni del Sistema

Trasmissione Dati. Trasmissione Dati. Sistema di Trasmissione Dati. Prestazioni del Sistema I semestre 03/04 Trasmissione Dati Trasmissione Dati Prof. Vincenzo Auletta auletta@dia.unisa.it http://www.dia.unisa.it/professori/auletta/ Ogni tipo di informazione può essere rappresentata come insieme

Dettagli

(25 min) Esercizio 1. 1a) Vedi libro e appunti del corso.

(25 min) Esercizio 1. 1a) Vedi libro e appunti del corso. (5 min) Esercizio 1 1) Con una scheda di acquisizione dati, con dinamica d ingresso bipolare, si devono misurare i seguenti segnali su un circuito: V 1 tensione di alimentazione di una connessione USB

Dettagli

Introduzione all Analisi dei Segnali

Introduzione all Analisi dei Segnali Tecniche innovative per l identificazione delle caratteristiche dinamiche delle strutture e del danno Introduzione all Analisi dei Segnali Prof. Ing. Felice Carlo PONZO - Ing. Rocco DITOMMASO Scuola di

Dettagli

FRANCESCO MARINO - TELECOMUNICAZIONI

FRANCESCO MARINO - TELECOMUNICAZIONI ESAME DI SAO DI ISIUO POFESSIONALE A.S. 2000/2001 Indirizzo: ECNICO DELLE INDUSIE ELEONICHE ema di: ELEONICA, ELECOMUNICAZIONI E APPLICAZIONI Il candidato, formulando di volta in volta tutte le ipotesi

Dettagli

di Heaveside: ricaviamo:. Associamo alle grandezze sinusoidali i corrispondenti fasori:, Adesso sostituiamo nella

di Heaveside: ricaviamo:. Associamo alle grandezze sinusoidali i corrispondenti fasori:, Adesso sostituiamo nella Equazione di Ohm nel dominio fasoriale: Legge di Ohm:. Dalla definizione di operatore di Heaveside: ricaviamo:. Associamo alle grandezze sinusoidali i corrispondenti fasori:, dove Adesso sostituiamo nella

Dettagli

Aspetti di carattere generale. Front-end analogico

Aspetti di carattere generale. Front-end analogico Aspetti di carattere generale Front-end analogico Front-end analogico Front-end! analogico Front-end analogico Circuitistica necessaria per trattare i segnali analogici prelevati dai sensori e filtrare

Dettagli

L ACQUISIZIONE DIGITALE DEI SEGNALI I vantaggi principali dei sistemi digitali consistono in: elevata insensibilità ai disturbi bassa incertezza con costi relativamente contenuti compatibilità intrinseca

Dettagli

Elettronica II Proprietà e applicazioni della trasformata di Fourier; impedenza complessa; risposta in frequenza p. 2

Elettronica II Proprietà e applicazioni della trasformata di Fourier; impedenza complessa; risposta in frequenza p. 2 Elettronica II Proprietà e applicazioni della trasformata di Fourier; impedenza complessa; risposta in frequenza Valentino Liberali Dipartimento di Tecnologie dell Informazione Università di Milano, 26013

Dettagli

Corso di Elettronica di Potenza (12 CFU) ed Elettronica Industriale (6 CFU) Convertitori c.c.-c.c. 2/83

Corso di Elettronica di Potenza (12 CFU) ed Elettronica Industriale (6 CFU) Convertitori c.c.-c.c. 2/83 I convertitori c.c.-c.c. monodirezionali sono impiegati per produrre in uscita un livello di tensione diverso da quello previsto per la sorgente. Verranno presi in considerazione due tipi di convertitori

Dettagli

GENERALITA SUI CONVERTITORI DAC E ADC CONVERTITORI DIGITALE-ANALOGICO DAC

GENERALITA SUI CONVERTITORI DAC E ADC CONVERTITORI DIGITALE-ANALOGICO DAC I.T.I. Modesto PANETTI A R I ia Re David, 86-8-54.54. - 75 ARI Fax 8-54.64.3 Internet http://www.itispanetti.it email : ATF5C@istruzione.it Tesina sviluppata dall alunno Antonio Gonnella della classe 5

Dettagli

Lezione 21 Cenni di elettronica

Lezione 21 Cenni di elettronica Cenni di elettronica Elettronica Acquisizione dati Rivelatori di Particelle 1 Cenni di elettronica Gli apparati del giorno d oggi, sia che siano per targhetta fissa o Collider sono fatti a cipolla ( o

Dettagli

Circuiti elettronici per il trattamento dei segnali

Circuiti elettronici per il trattamento dei segnali Circuiti elettronici per il trattamento dei segnali In elettronica, il sample and hold (abbreviato S&H) viene utilizzato come interfaccia con il mondo reale, convertendo segnali analogici al dispositivo

Dettagli

ELETTRONICA. L amplificatore Operazionale

ELETTRONICA. L amplificatore Operazionale ELETTRONICA L amplificatore Operazionale Amplificatore operazionale Un amplificatore operazionale è un amplificatore differenziale, accoppiato in continua e ad elevato guadagno (teoricamente infinito).

Dettagli

MESSA IN SCALA DI ALGORITMI DIGITALI

MESSA IN SCALA DI ALGORITMI DIGITALI Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo Laurea Specialistica in Ingegneria Meccatronica MESSA IN SCALA DI ALGORITMI DIGITALI Cristian Secchi Tel. 0522 522235 e-mail: secchi.cristian@unimore.it

Dettagli

2. SINCRONIZZAZIONE (CENNI)

2. SINCRONIZZAZIONE (CENNI) 2. SINCRONIZZAZIONE (CENNI) INTRODUZIONE AL PROBLEMA DELLA SINCRONIZZAZIONE SINCRONISMO DI BIT SCRAMBLING SINCRONISMO DI FRAME INTRODUZIONE Abbiamo visto diverse tecniche in grado di convertire e di trasmettere

Dettagli

la conversione digitale/analogica

la conversione digitale/analogica Conversione A/D-D/A Esiste la possibilità di mettere in comunicazione un dispositivo analogico con uno digitale. -Un segnale analogico è un segnale che varia con continuità, al quale possono essere associate

Dettagli

Catene di Misura. Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/

Catene di Misura. Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/ Catene di Misura Corso di Misure Elettriche http://sms.unipv.it/misure/ Piero Malcovati Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell Informazione Università di Pavia piero.malcovati@unipv.it Piero Malcovati

Dettagli

La prove dinamiche sugli edifici II parte strumentazione e analisi dei segnali

La prove dinamiche sugli edifici II parte strumentazione e analisi dei segnali La prove dinamiche sugli edifici II parte strumentazione e analisi dei segnali Luca Facchini e-mail: luca.facchini@unifi.it Introduzione Quali strumenti vengono utilizzati? Le grandezze di interesse nelle

Dettagli

Conversione analogico digitale

Conversione analogico digitale Conversione analogico digitale L elettronica moderna ha spostato la maggior parte delle applicazioni nel mondo digitale in quanto i sistemi a microprocessore sono diventati più veloci ed economici rispetto

Dettagli

Lezione 8: Suono (1) Sommario. Informatica Multimediale. Docente: Umberto Castellani

Lezione 8: Suono (1) Sommario. Informatica Multimediale. Docente: Umberto Castellani Lezione 8: Suono (1) Informatica Multimediale Docente: Umberto Castellani Sommario Introduzione al suono Rappresentazione del suono Elaborazione digitale Standard MIDI Sintesi del suono Parlato (Speech)

Dettagli

E evidente che le carattteristiche dell OPAMP ideale non possono essere raggiunte da nessun circuito reale. Gli amplificatori operazionali reali

E evidente che le carattteristiche dell OPAMP ideale non possono essere raggiunte da nessun circuito reale. Gli amplificatori operazionali reali E evidente che le carattteristiche dell OPAMP ideale non possono essere raggiunte da nessun circuito reale. Gli amplificatori operazionali reali hanno però caratteristiche che approssimano molto bene il

Dettagli

L effetto prodotto da un carico attivo verrà, pertanto, analizzato solo nel caso di convertitore monofase.

L effetto prodotto da un carico attivo verrà, pertanto, analizzato solo nel caso di convertitore monofase. Come nel caso dei convertitori c.c.-c.c., la presenza di un carico attivo non modifica il comportamento del convertitore se questo continua a funzionare con conduzione continua. Nei convertitori trifase

Dettagli

Circuiti sequenziali e elementi di memoria

Circuiti sequenziali e elementi di memoria Il Livello Logicoigitale I circuiti sequenziali Corso ACSO prof. Cristina SILVANO Politecnico di Milano Sommario Circuiti sequenziali e elementi di memoria Bistabile SR asincrono Temporizzazione e clock

Dettagli

INDICE. Sommario pag. 1. Introduzione pag. 8

INDICE. Sommario pag. 1. Introduzione pag. 8 SOMMARIO Questa tesi descrive la valutazione di schede commerciali basate su convertitori analogico-digitali ad alta risoluzione al fine dello sviluppo di applicazioni di sensoristica distribuita a scopo

Dettagli

Appunti del corso di Elettronica applicata e misure.

Appunti del corso di Elettronica applicata e misure. Appunti del corso di Elettronica applicata e misure. Prefazione Prefazione degli studenti Questo documento vuole rappresentare un insieme di appunti di supporto del corso di Elettronica applicata e misure.

Dettagli

Capitolo VI Conversione A/D e D/A.

Capitolo VI Conversione A/D e D/A. Capitolo I Capitolo I. 6.) Introduzione. Nei moderni sistemi di misura e controllo le informazioni possono presentarsi in una di due diverse forme. Nella prima la misura di una quantita' fisica (ad esempio

Dettagli

Elementi di teoria dei segnali /b

Elementi di teoria dei segnali /b Elementi di teoria dei segnali /b VERSIONE 29.4.01 Filtri e larghezza di banda dei canali Digitalizzazione e teorema del campionamento Capacità di canale e larghezza di banda Multiplexing e modulazioni

Dettagli

Sistema dinamico a tempo continuo

Sistema dinamico a tempo continuo Sistema dinamico a tempo continuo Un sistema è un modello matematico di un fenomeno fisico: esso comprende le cause e gli effetti relativi al fenomeno, nonché la relazione matematica che li lega. X INGRESSO

Dettagli

GA-11. Generatore di segnale a bassa frequenza. Manuale d uso

GA-11. Generatore di segnale a bassa frequenza. Manuale d uso INFORMAZIONE AGLI UTENTI ai sensi dell art. 13 del decreto legislativo 25 luglio 2005, n. 15 Attuazione delle Direttive 2002/95/ CE, 2002/96/CE e 2003/108/CE, relative alla riduzione dell uso di sostanze

Dettagli

A pplicazioni. Il problema legato all accoppiamento. Guida completa alla progettazione con i segnali video VIDEO DESIGN

A pplicazioni. Il problema legato all accoppiamento. Guida completa alla progettazione con i segnali video VIDEO DESIGN Guida completa alla progettazione con i segnali video Bill Stutz, Franco Contadini Maxim Integrated Products Inc. Sunnyvale CA In questo articolo vengono illustrati il funzionamento dei circuiti di polarizzazione,

Dettagli

Corso Elettronica Industriale Anno Accademico 2005-2006. Prof Ing Lorenzo Capineri

Corso Elettronica Industriale Anno Accademico 2005-2006. Prof Ing Lorenzo Capineri AMPLIFICATORI IN CLASSE D Corso Elettronica Industriale Anno Accademico 25-26 Prof Ing Lorenzo Capineri Indice 1. Generalità degli amplificatori in Classe D 1.1 Risposta in frequenza 2. Principio di funzionamento

Dettagli

INDICE 1. PRINCIPI OPERATIVI DI UN SAMPLE AND HOLD (SHA) AMPLIFER IDEALE... 2

INDICE 1. PRINCIPI OPERATIVI DI UN SAMPLE AND HOLD (SHA) AMPLIFER IDEALE... 2 Amplificatori Sample and Hold (Appunti forniti dal prof. Pasquale Daponte) INDICE 1. PRINCIPI OPERATIVI DI UN SAMPLE AND HOLD (SHA) AMPLIFER IDEALE... 2 2. PRINCIPALI PARAMETRI CHE CARATTERIZZANO LE PRESTAZIONI

Dettagli

ELETTRONICA II. Circuiti misti analogici e digitali 2. Riferimenti al testo. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino

ELETTRONICA II. Circuiti misti analogici e digitali 2. Riferimenti al testo. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino ELETTRONICA II Circuiti misti analogici e digitali 2 Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino Parte E: Circuiti misti analogici e digitali Lezione n. 20 - E - 2: Oscillatori e generatori di segnale

Dettagli

stazione sismica Sistema di rilevazione e archiviazione dei segnali sismici PDF created with pdffactory Pro trial version www.pdffactory.

stazione sismica Sistema di rilevazione e archiviazione dei segnali sismici PDF created with pdffactory Pro trial version www.pdffactory. stazione sismica Sistema di rilevazione e archiviazione dei segnali sismici 1 Schema di una stazione sismica D POWER Display keyboard S ADC CPU I/O DRIVE CLOCK S POWER ADC CPU I/O CLOCK D sensore alimentazione

Dettagli

Fig. 3: Selezione dell analisi: Punto di polarizzazione. Fig. 4: Errori riscontrati nell analisi

Fig. 3: Selezione dell analisi: Punto di polarizzazione. Fig. 4: Errori riscontrati nell analisi Elettronica I - Sistemi Elettronici I/II Esercitazioni con PSPICE 1) Amplificatore di tensione con componente E (file: Amplificatore_Av_E.sch) Il circuito mostrato in Fig. 1 permette di simulare la classica

Dettagli

Strumenti Elettronici Analogici/Numerici

Strumenti Elettronici Analogici/Numerici Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Firenze Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni Strumenti Elettronici Analogici/Numerici Ing. Andrea Zanobini Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni

Dettagli

Retroazione In lavorazione

Retroazione In lavorazione Retroazione 1 In lavorazione. Retroazione - introduzione La reazione negativa (o retroazione), consiste sostanzialmente nel confrontare il segnale di uscita e quello di ingresso di un dispositivo / circuito,

Dettagli

Fondamenti di Automatica

Fondamenti di Automatica Fondamenti di Automatica Analisi dei sistemi dinamici Dott. Ing. Marcello Bonfè Dipartimento di Ingegneria - Università di Ferrara Tel. +39 0532 974839 E-mail: marcello.bonfe@unife.it pag. 1 Analisi dei

Dettagli

Rappresentazione grafica di un sistema retroazionato

Rappresentazione grafica di un sistema retroazionato appresentazione grafica di un sistema retroazionato La f.d.t. di un.o. ha generalmente alcune decine di poli Il costruttore compensa il dispositivo in maniera da dotarlo di un singolo polo (polo dominante).

Dettagli

Gli Oscilloscopi INDICE. A cura di ing. Domenicantonio Grillo

Gli Oscilloscopi INDICE. A cura di ing. Domenicantonio Grillo Gli Oscilloscopi A cura di ing. Domenicantonio Grillo INDICE 1 L oscilloscopio pag. 1 1.1 Lo schermo pag. 1 1.2 Tipi di oscilloscopi pag. 2 2 Oscilloscopi analogici pag. 2 2.1 Il tubo a raggi catodici

Dettagli

Registri. «a2» 2013.11.11 --- Copyright Daniele Giacomini -- appunti2@gmail.com http://informaticalibera.net

Registri. «a2» 2013.11.11 --- Copyright Daniele Giacomini -- appunti2@gmail.com http://informaticalibera.net «a2» 2013.11.11 --- Copyright Daniele Giacomini -- appunti2@gmail.com http://informaticalibera.net Registri Registri semplici....................................... 1823 Registri a scorrimento..................................

Dettagli

Blocchi analogici di base in tecnologia CMOS

Blocchi analogici di base in tecnologia CMOS Blocchi analogici di base in tecnologia MOS Valentino Liberali Università di Pavia Dipartimento di Elettronica Via Ferrata 1, 27100 Pavia Tel.: (39) 0382.50.5783 Fax: (39) 0382.422583 e-mail: valent@ele.unipv.it

Dettagli

Esame di Stato 2015. Materia: SISTEMI AUTOMATICI PRIMA PARTE

Esame di Stato 2015. Materia: SISTEMI AUTOMATICI PRIMA PARTE Esame di Stato 2015 Materia: SISTEMI AUTOMATICI PRIMA PARTE Il problema proposto riguarda un sistema di acquisizione dati e controllo. I dati acquisiti sono in parte di natura digitale (misura del grado

Dettagli

Differenziazione sistemi dinamici

Differenziazione sistemi dinamici Obiettivo: analisi e sintesi dei sistemi di controllo in retroazione in cui è presente un calcolatore digitale Il controllo digitale è ampiamente usato, grazie alla diffusione di microprocessori e microcalcolatori,

Dettagli

TITOLO: CONVERTITORE ADC, UTILIZZATO COME OSCILLOSCOPIO MEDIANTE IL PC CON INTERFACCIA LPT.

TITOLO: CONVERTITORE ADC, UTILIZZATO COME OSCILLOSCOPIO MEDIANTE IL PC CON INTERFACCIA LPT. MFM 11/02/ 09 TITOLO: CONVERTITORE ADC, UTILIZZATO COME OSCILLOSCOPIO MEDIANTE IL PC CON INTERFACCIA LPT. OBIETTIVO: Progettazione di un circuito ADC in free running più un circuito ad operazionali ed

Dettagli

Elettronica applicata e misure Lezione D4

Elettronica applicata e misure Lezione D4 Gruppo lezioni D4 Convertitori pipeline e differenziali 1, 2. Parte prima In questa lezione si parlerà delle strutture dei convertitori AD di tipo veloce; sono due: 1. convertitori a residui; 2. convertitori

Dettagli

L amplificatore operazionale 1. Claudio CANCELLI

L amplificatore operazionale 1. Claudio CANCELLI L amplificatore operazionale Claudio CANCELLI L amplificatore operazionale Indice dei contenuti. L'amplificatore...3. L'amplificatore operazionale - Premesse teoriche....5 3. Circuito equivalente... 5

Dettagli

M320 ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE CORSO DI ORDINAMENTO. Indirizzo: ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI

M320 ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE CORSO DI ORDINAMENTO. Indirizzo: ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI M320 ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTIALE COSO DI ODINAMENTO Indirizzo: ELETTONICA E TELECOMUNICAZIONI Tema di: ELETTONICA (Testo valevole per i corsi di ordinamento e per i corsi del progetto

Dettagli

OSCILLATORI SINUSOIDALI. Generalità

OSCILLATORI SINUSOIDALI. Generalità OSCILLATORI SINUSOIDALI Generalità Per comprendere il principio di funzionamento di un oscillatore, si consideri un amplificatore reazionato privo del segnale esterno d ingresso, e quindi privo del nodo

Dettagli

CIRCUITI DI CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE

CIRCUITI DI CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCATRONICA Dipartimento di tecnica e gestione dei sistemi industriali TESI DI LAUREA DI PRIMO LIVELLO CIRCUITI DI CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE

Dettagli

Elettronica e Telecomunicazioni Classe Quinta. La trasformata di Laplace

Elettronica e Telecomunicazioni Classe Quinta. La trasformata di Laplace Elettronica e Telecomunicazioni Classe Quinta La trasformata di Laplace ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI CLASSE QUINTA A INFORMATICA INDICE Segnali canonici Trasformata di Laplace Teoremi sulla trasformata

Dettagli

STRUMENTAZIONE ELETTRONICA. Generatore di segnale

STRUMENTAZIONE ELETTRONICA. Generatore di segnale Strumentazione Elettronica pag. 1 STRUMENTAZIONE ELETTRONICA Generatore di segnale Il generatore di segnale è genericamente lo strumento che fornisce la sollecitazione nella analisi di rete e assume diversi

Dettagli

Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica. Corso di Elettronica di Potenza (12 CFU) a.a. 20I2/2013. Stefano Bifaretti

Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica. Corso di Elettronica di Potenza (12 CFU) a.a. 20I2/2013. Stefano Bifaretti Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica Corso di Elettronica di Potenza (12 CFU) a.a. 20I2/2013 Stefano Bifaretti Ad ogni commutazione degli interruttori statici di un convertitore è associata una dissipazione

Dettagli

L ERRORE A REGIME NELLE CATENE DI REGOLAZIONE E CONTROLLO

L ERRORE A REGIME NELLE CATENE DI REGOLAZIONE E CONTROLLO L ERRORE A REGIME NELLE CATENE DI REGOLAZIONE E CONTROLLO Per errore a regime si intende quello rilevato dopo un intervallo sufficientemente lungo dal verificarsi di variazioni del riferimento o da eventuali

Dettagli

Transitori del primo ordine

Transitori del primo ordine Università di Ferrara Corso di Elettrotecnica Transitori del primo ordine Si consideri il circuito in figura, composto da un generatore ideale di tensione, una resistenza ed una capacità. I tre bipoli

Dettagli

Introduzione alle reti di telecomunicazioni

Introduzione alle reti di telecomunicazioni Introduzione alle reti di telecomunicazioni La comunicazione Nello studio dei sistemi di telecomunicazione si è soliti fare riferimento a tre entità fondamentali: il messaggio, che rappresenta l oggetto

Dettagli

Dipartimento di Fisica Sperimentale Laboratorio di Elettronica

Dipartimento di Fisica Sperimentale Laboratorio di Elettronica Dipartimento di Fisica Sperimentale Laboratorio di Elettronica D.Gamba,P.P.Trapani April 9, 2004 1 1 Circuiti Digitali Integrati: Timer, ADC e DAC In questo Lab. si imparera ad usare alcuni circuiti integrati

Dettagli

Riferimenti Bibliografici: Paolo Spirito Elettronica digitale, Mc Graw Hill Capitolo 1 Appunti e dispense del corso

Riferimenti Bibliografici: Paolo Spirito Elettronica digitale, Mc Graw Hill Capitolo 1 Appunti e dispense del corso I Circuiti digitali Riferimenti Bibliografici: Paolo Spirito Elettronica digitale, Mc Graw Hill Capitolo 1 Appunti e dispense del corso Caratteristiche dei circuiti digitali pagina 1 Elaborazione dei segnali

Dettagli

Ambiente di apprendimento

Ambiente di apprendimento ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA MAIO LINO, PALUMBO GAETANO 3EET Settembre novembre Saper risolvere un circuito elettrico in corrente continua, e saperne valutare i risultati. Saper applicare i teoremi dell

Dettagli

E possibile classificazione i trasduttori in base a diversi criteri, ad esempio: Criterio Trasduttori Caratteristiche

E possibile classificazione i trasduttori in base a diversi criteri, ad esempio: Criterio Trasduttori Caratteristiche PREMESSA In questa lezione verranno illustrate la classificazione delle diverse tipologie di trasduttori utilizzati nei sistemi di controllo industriali ed i loro parametri caratteristici. CLASSIFICAZIONE

Dettagli

LATCH E FLIP-FLOP. Fig. 1 D-latch trasparente per ck=1

LATCH E FLIP-FLOP. Fig. 1 D-latch trasparente per ck=1 LATCH E FLIPFLOP. I latch ed i flipflop sono gli elementi fondamentali per la realizzazione di sistemi sequenziali. In entrambi i circuiti la temporizzazione è affidata ad un opportuno segnale di cadenza

Dettagli

Suono: aspetti fisici. Tutorial a cura di Aldo Torrebruno

Suono: aspetti fisici. Tutorial a cura di Aldo Torrebruno Suono: aspetti fisici Tutorial a cura di Aldo Torrebruno 1. Cos è il suono Il suono è generalmente prodotto dalla vibrazione di corpi elastici sottoposti ad urti o sollecitazioni (corde vocali, corde di

Dettagli

Sensori e trasduttori. Dispense del corso ELETTRONICA L Luca De Marchi

Sensori e trasduttori. Dispense del corso ELETTRONICA L Luca De Marchi Sensori e trasduttori Dispense del corso ELETTRONICA L Luca De Marchi Gli Obiettivi Struttura generale di sistemi di controllo e misura Sensori, trasduttori, attuatori Prima classificazione dei sistemi-sensori

Dettagli

Conversione dati (A/D) e (D/A) Sommario

Conversione dati (A/D) e (D/A) Sommario I.T.I.S. "Antonio Meucci" di Roma Conversione dati (A/D) e (D/A) a cura del Prof. Mauro Perotti Anno Scolastico 2009-2010 Sommario Introduzione...3 1. Conversione D/A...3 1.1 Il DAC a resistori pesati...

Dettagli

CAPITOLO 1 - RICHIAMI TEORICI

CAPITOLO 1 - RICHIAMI TEORICI Premessa Scopo di questa breve premessa è quello di informare il lettore sull organizzazione della trattazione, che è composta da due parti (che corrispondono a due capitoli): - una prima parte che contiene

Dettagli

Esperienza n. 8 Uso dell oscilloscopio analogico

Esperienza n. 8 Uso dell oscilloscopio analogico 1 L oscilloscopio consente di visualizzare forme d onda e più in generale è un dispositivo che visualizza una qualunque funzione di 2 variabili. Per fare ciò esse devono essere o essere trasformate in

Dettagli