ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino. Parte F: Conversione A/D e D/A Lezione n F - 5: Circuiti di Sample-Hold

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1 ELETTRONICA II Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino Parte F: Conversione A/D e D/A Lezione n F - 5: Circuiti di Sample-Hold

2 Riferimenti al testo Millman-Grabel: Cap. 16: Signal conditioning and data conversion 16.1:Sample-and-hold systems

3 Descrizione funzionale Scopo del modulo di Sample/Hold è campionare il segnale di ingresso (Sample), e mantenerlo costante per il tempo di conversione. Un esempio di questa operazione è stato visto nell esperienza di laboratorio della lezione 24.

4 Esperienza di laboratorio Segnale continuo e campionato/mantenuto da esercitazione abbinata a lezione 24

5 Circuito di S/H ½TL082 CD4066 ½TL082 V I V I f=800hz V C 10nF V C 5V 90µs 10µs V O V CC = ±5V -5V

6 Schema funzionale di S/H segnale di ingresso (analogico) segnale di uscita (campionato) V I S/H V O segnale di comando (binario) V C

7 Segnale campionato A T S t

8 Segnale campionato e mantenuto A t

9 Segnale inseguito e mantenuto A t

10 Segnale inseguito e mantenuto Hold Sample A t

11 Convertitori A/D e D/A - 5 Definizione funzionale di Sample/Hold Classificazione degli errori Circuiti base per Sample/Hold Interruttori elettronici

12 Fasi di funzionamento Sample (track) Hold transitorio da Sample a Hold transitorio da Hold a Sample segue l andamento del segnale di ingresso mantiene l ultimo valore presente nella fase di sample

13 Segnale campionato e mantenuto Hold Sample S H S H S H A t S-H H-S S-H H-S S-H

14 Fase di sample Per A = 1, uscita uguale all ingresso Errori simili a quelli di un voltage follower (o di un qualsiasi amplificatore in linearitá): errore di guadagno errore di offset (errori di non linearitá) slew rate ε G ε O

15 Transitorio Sample-Hold Il comando viene eseguito con ritardo: tempo di apertura: t A jitter di apertura: t A Il valore di tensione immagazzinato è diverso da quello presente all istante del campionamento: errore di piedestallo ε P Transitorio di assestamento

16 Transitorio da Sample a Hold Hold Sample S H A t A + t A ε P t

17 Fase di Hold Il livello in uscita dovrebbe restare costante La tensione in uscita varia errore di DECADIMENTO Il segnale di ingresso modifica l uscita errore di FEEDTHROUGH Il dielettrico conserva memoria della polarizzazione precedente POLARIZZAZIONE DIELETTRICA

18 Transitorio Hold-Sample L uscita dovrebbe riportarsi istantaneamente al nuovo valore del segnale di ingresso In un circuito reale, l uscita si porta entro una determinata fascia d errore rispetto al segnale di ingresso con un ritardo detto TEMPO DI ACQUISIZIONE

19 Convertitori A/D e D/A - 5 Definizione funzionale di Sample/Hold Classificazione degli errori Circuiti base per Sample/Hold Interruttori elettronici

20 Circuito base SW V I V O C V C SW: interruttore di campionamento C:condensatore di mantenimento (memoria)

21 Errori nel circuito base Partizione tra R G e R L : errore di guadagno Il condensatore si scarica sul carico: errore di decadimento Carica del condensatore attraverso R ON : aumenta il tempo di acquisizione Parametri parassiti di SW: errori di feedthrough e piedestallo

22 Circuito con Voltage Follower SW V I C V O V C isola C dal carico

23 Circuito con Voltage Follower SW V I C V O isola l ingresso da SW-C V C isola C dal carico

24 Circuito S/H del laboratorio ½TL082 CD4066 ½TL082 V I SW V C C 10nF V O V CC = ± 5V

25 Spostamento della reazione V I SW C V O V C Errori di offset e di guadagno pari alla somma degli errori dei due Voltage Follower

26 Spostamento della reazione V I SW C V O V C L interruttore rimane entro l anello del primo VF

27 Spostamento della reazione V I SW C V O V C Tutto il sistema diventa un unico Voltage Follower

28 Varianti al circuito con V.F. Reazionare il II operazionale in modo da avere un guadagno > 1 (al limite anello aperto) Inserire altri interruttori per evitare la saturazione del primo operazionale Reazionare tutto il circuito per un guadagno > 1

29 Sample-Hold a integratore R R C V I SW V O V C

30 Sample-Hold a integratore R R C V I V O Amplificatore con guadagno = -1: V O = - V I

31 S/H a integratore non invertente C V I SW V C V O A interruttore chiuso tutto il sistema è un unico Voltage Follower A interruttore aperto il condensatore mantiene costante la carica

32 Origine degli errori Errore di guadagno ε G : guadagno ad anello aperto tolleranze delle resistenze di reazione Errore di offset ε O : offset degli operazionali Decadimento corrente di perdita degli interruttori corrente di polarizzazione degli operazionali Piedestallo, feedthrough, polarizzazione dielettrica parametri parassiti degli interruttori,condensatore

33 Sistemi di Sample/Hold Definizione funzionale di Sample/Hold Classificazione degli errori Circuiti base per Sample/Hold Interruttori elettronici