POLITECNICO DI MILANO

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Letizia Giovannini
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1 POLITECNICO DI MILANO ELETTRONICA per ingegneria BIOMEDICA pro. Albero TOI

2 ommario Campionameno ample&hold Teorema del Campionameno Aliasing &H Errori saici e dinamici ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 2

3 Di cosa si parlerà v s1 Rs1 Ingressi Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 MUX ou selec OpAmp OpAmp Ain oc Vcc Vre ADC GND +5V Uscia D Pr Q _ Ck Q Cl +5V FlipFlop OpAmp PA1 PA2 PA3 PA4 INT µc PC1 PC2 PC3 PC4 PB1 PB2 PB3 Aou Vre CE DAC Vcc GND +12V In0 erial Ck erial In NMI Daa ou Ck Daa in DP Address Program Q Rese Couner Daa In/Ou Address R/W CE RAM ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 3

4 Teorema del Campionameno Teorema di hannon del 1949: "se una unzione s() non coniene requenze superiori a BW Hz, allora essa è compleamene deerminaa dai valori assuni in corrispondenza di isani spaziai ra loro di T = 1 / 2BW secondi" s () s() Rec() s () R 1 δ() 1 T -BW +BW ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 4

5 Teorema del Campionameno Campionameno: > 2 max () () - max max 2 () = 2 max - max max - max max 2 3 () < 2 max - max max Ricosruzione: s () Rec() 1 s ()=s () 2 R max () ()= () 2 - R max max + max ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 5

6 Aliasing Analisi in requenza s() () originale - in 0 in Aliasing correa ricosruzione s () C s () R () R () C Campionao a <2 in T s () C s () R () R () C Campionao a >2 in - 0 T ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 6

7 Aliasing 2 = 0, = 1 Casi paricolari: = 1/ = 1/ = 1/2 2 0 Equivocazione quando <2 Eviare! = 3/ = 7/ ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 7

8 Filraggio ani-aliasing L Aliasing nasce anche da sorgeni indesiderae ali che <2 spur () 10kHz ripiegameno in banda base 130kHz - max max spur () R 2kHz 10kHz 44ksps Non ci si può idare del ao che il segnale originario sia limiao in banda si deve comunque ilrare passa basso! ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 8

9 Caena di elaborazione s () in s() s () &H ANALOG INPUT Ani-aliasing iler 1 &H δ() 1 T ANALOG OUTPUT -BW +BW Equalizing iler 1 Reconsrucing iler 1 Processing: analog (OpAmp + R+ C) or digial (ADC + DP + DAC) s () &Hou - + -BW +BW s () ou s () R Filraggio ani-aliasing Conversione DAC Conversione ADC Equalizzazione Campionameno Elaborazione digiale Ricosruzione ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 9

10 ample & Hold +5V -5V V G C H V OUT peciiche: ingresso: -5V +5V banda di 20kHz errore massimo: < 0.01% FR = 1mV requenza di campionameno: 100kHz Componeni: OpAmp: A O =110dB I bias =50pA MOFET: V =2V R on =50Ω C gs =0.5pF C ds =0.1pF ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 10

11 Errori nel &H Charge injecion V injecion H V OUT V injecion = ΔV G C gd C gd + C H V ΔV G C H C GD H V G V G AMPLING > V in,max +V = +7V V G HOLD < V in,min +V = -3V i scelga: V G AMPLING = +10V V G HOLD = -7.5V Per garanire V injecion 1mV con ΔV G =ΔV Gmax =17.5V si sceglie C H 9nF... deerminando così una banda di soli 354kHz ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 11

12 Errori nel &H Aperure-induced non lineariy V injecion H V OUT V injecion = ΔV G C gd C gd + C H V ΔV G C GD C H H V G ΔV G = +V -V G HOLD = +7.5V non cosane, dipende da! ΔV G min = min +V -V G HOLD = = +4.5V V injecion = 250µV : : ΔV G max = max +V -V G HOLD = =14.5V V injecion = 806µV ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 12

13 Errori nel &H ignal-eedhrough V eedhrough = ΔV IN C Cds + C ds H C D V eedhrough Δ V OUT C H Con Δ max = 10V si ha V injecion = 111µV rascurabile rispeo ad 1mV ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 13

14 Errori nel &H Droop ΔV C = I leakage C H I leakage V OUT C H Con I leakage =100pA e C H =9nF, la ensione varierà di 11mV/s Quindi con una requenza di campionameno di 100kHz... ΔV C =0.11µV durane ogni ase di hold di 10µs, rascurabile ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 14

15 Errori nel &H Buer-induced non lineariy C H ε V OUT Per avere ε<1mv A 0 >V ou,max /ε=50000=94db ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 15

16 Errori nel &H Aperure delay ime ΔV aperure = 2π dv = d max V in max in,max T T aperure aperure = 5.7V V G &H Gae V G ampling +8.6V aperure delay Hold -6.2V error V OUT C H Con T aperure =1ns si ha ΔV aperure =2π 20kHz 5V 1ns=628µV ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 16

17 Errori nel &H Aperure ime jier Threshold Gae IN ampling aperure jier Hold error aperure σ hreshold 10mV = = = 20 ps dv 5V command d 10ns min dv σ = = 2π V = 13μV in aperure aperure max in,max aperure d max CMO: ΔV=6 σ aperura = 75µV pp (18bi) rascurabile ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 17

18 Errori nel &H Acquisiion ime V CH 5 4 V in egnale di ingresso da acquisire Δ ε lin R acquisizione &H Gae Hold ampling Acquisizione: rampa lineare R 10 Δ = R = ( )V 2.8V / μs = 3.1μs e carica esponenziale lin = τ ln Δ ε Ad esempio: con I Ou,max = 25mA si ha Δ = 50Ω 25mA = 1.25V ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 18

19 imulazioni PICE Charge injecion ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 19

20 imulazioni PICE Droop Droop ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 20

21 Conclusioni cegliere bene la requenza di campionameno Eviare l aliasing Esisono mole cause di errore saico e dinamico servono anche MULTIPLEXER ELETTRONICA : 13 - campionameno albero.osi@polimi.i 21

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