ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino. Parte F: Conversione A/D e D/A Lezione n F - 3: Convertitori A/D

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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 - 3: Convertitori A/D Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 1-14/11/97

2 Rete a scala 2I I R R R R V R 2R 2R 2R 2R I I/2 I/4 I/8 R MSB I TOT Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 2-14/11/97

3 Rete a scala 2I I R R R R V R 2R 2R 2R 2R I I/2 I/4 I/8 R MSB I TOT = I/2 + I/8 I TOT Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 3-14/11/97

4 Deviatori di tensione e di corrente Nel circuito precedente sono usati interruttori che deviano una corrente tra due punti allo stesso potenziale. Scambiando il punto in cui è applicata la tensione di riferimento e quello in cui è prelevata la corrente di uscita si ottiene una rete a scala con deviatori di tensione Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 4-14/11/97

5 Rete a scala con deviatori di tensione I R R R R I TOT 2R 2R 2R 2R I I/2 I/4 I/8 R i deviatori commutano tra massa e V R V R Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 5-14/11/97

6 Parametri di un convertitore D/A Precisione e risoluzione espresse in numero di bit 8 bit; 256 valori; 1 LSB = 0,4 % 10 bit... 0,1 % Tempo di assetto Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 6-14/11/97

7 Numero di bit: Valori tipico dei parametri Tempo di assetto 10 µs.. 1 µs ns Velocitá e precisione sono parametri in contrasto Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 7-14/11/97

8 Esperienza di laboratorio Convertitore D/A con rete a scala Errori di non linearitá differenziale Glitch Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 8-14/11/97

9 Convertitore D/A 2R R R=50kΩ R V O 2R 2R 2R 2R 2R V R MSB Uscite circuito CMOS Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 9-14/11/97

10 Convertitore D/A (6 bit) Clk Up/Down C U/D Contatore Up/Down Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Rete a scala e amplificatore V A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

11 Glitch Se la commutazione di un bit ha velocità diversa da quella degli altri, si ha il passaggio per stati digitali non voluti che sull uscita analogica si presentano come brevi impulsi o glitch Es glitch transizione voluta bit lento Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

12 Sistemi di conversione A/D e D/A - 3 Caratteristica I/O di un convertitore A/D Errori statici Circuiti per convertitori A/D Convertitore parallelo Convertitori con D/A in reazione Logica ad approssimazioni successive Convertitori misti e indiretti Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

13 Riferimenti al testo Millman-Grabel: Cap. 16: Signal conditioning and data conversion 16.5:Analog-to-digital converters Nicoud: Cap. 6: Interfacce di ingresso/uscita 6.2.6: Convertitore A/D Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

14 Caratteristica di conversione A/D D (digitale) M 1 LSB A D A (analogica) 0 S Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

15 M D Caratteristica ideale caratteristica ideale 0 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

16 M D Caratteristica reale caratteristica ideale 0 caratteristica reale 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

17 Fascia di non-linearitá M D caratteristica ideale fascia di non-linearita miglior retta approssimante 0 caratteristica reale 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

18 Classificazione degli errori statici Errori lineari errore di guadagno errore di offset ε G ε O Errori di non linearitá non-linearitá assoluta non-linearitá differenziale ε LA ε LD Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

19 Errore di non-linearitá assoluta M D fascia di non-linearita miglior retta approssimante 0 caratteristica reale 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

20 Errore di non linearitá differenziale I gradini della caratteristica di conversione dovrebbero avere larghezza A D (A D, facendo riferimento alla retta approssimante) Nella caratteristica reale i gradini hanno larghezza A D, diversa da A D. La differenza A D - A D è l errore di NON LINEARITA DIFFERENZIALE Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

21 Caratteristica ideale M D A D miglior retta approssimante 0 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

22 Caratteristica reale M D A D miglior retta approssimante 0 caratteristica reale 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

23 Errore di missing code In presenza di forte non-linearitá differenziale, un gradino puó essere totalmente assorbito da quelli adiacenti. Il codice corrispondente al gradino eliminato non è mai presente in uscita: MISSING CODE (codice mancante) Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

24 M D Codice mancante A D2 A D1 0 caratteristica reale 0 S A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

25 M D Codice mancante A D2 A D1 0 caratteristica reale 0 S livello mancante A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

26 Parametri dinamici L operazione di conversione da analogico a digitale richiede un certo tempo: TEMPO DI CONVERSIONE Il convertitore riceve un comando di inizio conversione (Conversion Start - CS), e risponde, dopo il tempo di conversione con un segnale End Of Conversion (EOC) Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

27 Sistemi di conversione A/D e D/A - 3 Caratteristica I/O di un convertitore A/D Errori statici Circuiti per convertitori A/D Convertitore parallelo Convertitori con D/A in reazione Logica ad approssimazioni successive Convertitori misti e indiretti Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

28 Classificazione dei convertitori A/D Precisione Parallelo (flash) Approssimazioni successive Inseguimento (tracking) Rampa Velocitá. Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

29 Convertitori parallelo V R D A Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

30 Convertitori parallelo V R Codifica in uscita (lineare) A livello analogico di ingresso Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

31 Convertitori parallelo A V R Codificatore M-N M-N enc M = 2 N N Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n /11/97

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