Ingegneria dell Informazione D SISTEMI DI ELABORAZIONE DIGITALE DEI SEGNALI

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1 Ingegnera dell Informazone Modulo SISTEMI ELETTONICI D SISTEMI DI ELABOAZIONE DIGITALE DEI SEGNALI D-» Conclusone della D» Comnatore Dgtale:. Defnzone delle caratterstche funzonal d un locco d elaorazone dgtale. Defnzone delle specfche del comnatore -Jan- - Oettv d questa lezone (D)» Conclusone precedente modulo: - Elaorazone Dgtale - Converttore ; - Fltro d rcostruzone» Progetto d un comnatore lneare dgtale: - Defnzone delle specfche; - Schema a locch delle soluzon possl - Prolem d rappresentazone: troncamento, saturazone; - Struttura del sommatore; - Struttura del moltplcatore dgtale; - Utlzzo regstr d temporzzazone; -Jan- - pdseln

2 ELABOAZIONE DIGITALE de SEGNALI FILTO ANTI- SAMPLE & A/D ALIASING HOLD ELAB. CONDIZIONAMENTO SEGNALI FILTO DI LATCH DIGITALE ICOST. -Jan- - 3 ELABOAZIONE DIGITALE I Questo locco deve garantre che dat della sequenza n ngresso sano elaorat n un tempo NON superore all ntervallo tra dat successv. In altr termn s deve avere un dato valdo n uscta ogn /fs TsELABOAZIONE DIGITALE de SEGNALI Ts Elaorazone comnatora Dn- Dn- Dn- Dn ELAB. DIGIT. Tel Ts t -Jan- - 4 pdseln

3 ELABOAZIONE DIGITALE II Il locco d elaorazone puo lavorare n modo comnatoro, a patto d garantre un dato valdo ogn Ts (questo e soltamente possle quando l elaorazone non rsulta troppo pesante); alternatvamente l elaorazone puo essere suddvsa n pu fas n cascata, utlzzando element d memora ntermed. Dato che l elaorazone deve svolgers ogn Ts, soltamente locch d elaorazone dgtale lavorano n modo sncrono rspetto al segnale fsfck (frequenza d clock o d orologo) -Jan- - 5 ELABOAZIONE DIGITALE III Ts Dn Elaorazone comnatora Dn- Dn- Dn- Dn-3 Tel fsfck Ts Dn Elaorazone sequenzale (temporzzata) Dn- Dn- Dn- Dn-3 Tel*Ts LATENZA -Jan- - 6 pdseln 3

4 ELABOAZIONE DIGITALE IV Nel caso nel quale la funzone dgtale da esegure su dat sa partcolarmente complessa, puo rsultare convenente utlzzare come locco dgtale un mcroprocessore o un processore per l elaorazone dgtale de segnal DSP (Dgtal Sgnal Processor). Dn Instructons DSP L utlzzo d un DSP puo ntrodurre una latenza assa pu elevata rspetto a soluzon HW dedcate C -Jan- - 7 LATCH Questo locco deve garantre che l dato n uscta dal locco d elaorazone dgtale venga regstrato e mantenuto stale per un ntero perodo Ts n modo da poter effettuare la conversone. fs Ts Dn- Dn- Dn- Dn-3 LATCH L Tel L Jan- - 8 pdseln 4

5 CONVETITOE Funzonalmente effettua l operazone complementare rspetto al converttore A/D. In questo caso la sequenza d dat n ngresso vene trasformata n una sequenza d tenson corrspondent. Supponendo una rappresentazone n modulo del dato, la funzone realzzata dal DAC e del tpo : V out Dove sono t della paraola da convertre con valor,. -Jan- - 9 CONVETITOE esempo s vuole che la parola : Vout ( (.5 (per 6.4) 8V (ms..ls) corrspond a a 8V 3 ) ( 4 3 ) 8 3 ) Jan- - pdseln 5

6 pdseln 6 -Jan- - V 8) (per.5 ) 8 4 ( ) ( ) ( a V corrspond a (ms..ls) : parola la che vuole s Vout CONVETITOE esempo -Jan- - V 8) (per.5 ) 8 4 ( ) ( ) ( a V corrspond a (ms..ls) : parola la che vuole s Vout CONVETITOE esempo

7 CONVETITOE esemp s vuoleche la parola : Vout ( ) 6 64 ( (ms..ls) corrsponda a V ) Jan- - 3 CONVETITOE Una realzzazone mmedata d converttore e quello a resstenze pesate: V SW SW 4 SW 8 SW F 3 - Vout 3 V F 3 Vout V F Jan- - 4 pdseln 7

8 FILTO d ICOSTUZIONE La sequenza d tenson all uscta del rchede un fltraggo d tpo passa-asso per rcostrure un segnale analogco d tpo contnuo. Spesso prma d fltrare l segnale n uscta dal DAC vene nserto un crcuto d sample & hold per rdurre l effetto de gltch che s orgnano nel processo d conversone. FILTO DI ICOST. S&H -Jan- - 5 COMBINATOE DIGITALE: SPECIFICHE S realzz un comnatore lneare con le seguent caratterstche: Funzone: Vout5*Vn3*Vn Dnamca n ngresso Vn[-5V,5V], Vn[-V,V] Banda de segnal n ngresso khz Converttore A/D su t n C, Input ange [-V,V], tempo d conversone µs -Jan- - 6 pdseln 8

9 V V SOLUZIONE : COMBINATOE DIGITALE V A/D V A/D D D fshz Vout -Jan- - 7 COMBINATOE DIGITALE Utlzzo crcut d condzonamento analogc per realzzare la moltplcazone per coeffcent che garantscano l rapporto 5/3 rchesto per gl ngress l adattamento alla dnamca d ngresso dell A/D. -Jan- - 8 pdseln 9

10 COMBINATOE DIGITALE Per garantre l rapporto 5/3 rchesto per gl ngress l adattamento alla dnamca d ngresso dell A/D. V A*V V A*V S vuole che V 5**V V 3**V Scelgo A, sfruttando l fatto la dnamca d V concde con quella dell A/D /3 Qund A5/3.66 Le dnamche sono: per V.66*58.3V per V V -Jan- - 9 COMBINATOE DIGITALE La anda de segnal n ngresso khz rchede una frequenza d camponamento d almeno khz alla quale corrsponde un tempo d conversone d 5µs compatle con le caratterstche del converttore utlzzato. Il perodo 5µs dventa qund l ntervallo nel quale esegure l operazone d somma dgtale de due dat rappresentat su t n C. -Jan- - pdseln

11 COMBINATOE DIGITALE Vn Vn *5/3 * A/D A/D D D fshz Vout -Jan- - SOMMATOE DIGITALE D D Il sommatore s trova n ngresso due dat su k t con k e deve produrre n uscta un nuovo dato sgnfcatvo su k t: D -Jan- - D pdseln

12 SOMMATOE DIGITALE portare la dnamca d uscta a t () puo essere effettuato n HW n dvers mod: D D? toglere l ms errore ntollerale saturare al massmo d t ancora errore grande toglere l ls errore tollerale -Jan- - 3 SOMMATOE DIGITALE porto a t: orgnale tolgo ms saturo tolgo ls Jan- - 4 pdseln

13 SOMMATOE DIGITALE L elemento ase per realzzare un sommatore e l FA: cout a FA c sout ^k a ^k FULL-ADDE sout cout ^k ^k ^k dec. *^k *^k *^k *^k *^k *^k *^k 3*^k c -Jan- - 5 SOMMATOE DIGITALE 3 a3 a a a -Jan- - 6 s4 FA FA FA FA s3 s s s LSB Ad esempo un sommatore d due dat A e B su 4 t puo essere realzzato mettendo n catena 4 Full Adder. Questa struttura vene detta a rpple carry ovvero l rporto vene propagato al FA successvo. Caratterstche: strutturalmente molto semplce l rtardo complessvo puo essere molto elevato nel caso d un numero d t n ngresso elevato. pdseln 3

14 SOMMATOE DIGITALE FA FA FA S prova a sommare (5 5 3) Elmnando l ls : (553, 3/5) FA LSB -Jan- - 7 COMBINATOE DIGITALE SOLUZIONE : Utlzzo crcut d condzonamento solo per adattare Vn,Vn alla dnamca d ngresso de converttor A/D. Per questo motvo s utlzza per Vn un fattore e per Vn un fattore : n questo modo le dnamche n ngresso a converttor dventano per Vn e per Vn [-,] I coeffcent della comnazone sono realzzat dgtalmente utlzzando due moltplcator con 5/ e 3 -Jan- - 8 pdseln 4

15 COMBINATOE DIGITALE Vn Vn * * A/D A/D S S D D fshz -Jan- - 9 COMBINATOE DIGITALE L operazone d moltplcazone dgtale rchede l utlzzo d un locco HW che, pres l moltplcando su t (n C) e l moltplcatore su L t (n C), produca n uscta un nuovo dato ancora su t. S L (L)-? Nel caso d un moltplcatore HW, questo produce un rsultato con la massma precsone su (L) - t n C anche n questo caso sogna rportare l uscta su t. -Jan- - 3 pdseln 5

16 COMBINATOE DIGITALE Struttura d un moltplcatore parallelo per operand A, B su 4 t con rappresentazone n modulo: a3 a a a 3 a3 a a a a3 a a a a3 a a a a33 a3 a3 a p6 p5 p4 p3 p p p -Jan- - 3 COMBINATOE DIGITALE a3 a a a MOLTIPLICATOE PAALLELO 3?????? -Jan- - 3 pdseln 6

17 COMBINATOE DIGITALE Anche n questa soluzone del comnatore dgtale l ntervallo entro l quale devono essere esegute le operazon d prodotto e d somma e d 5 µs che non presenta alcun prolema rspetto alle tecnologe attualmente dsponl: rtard per le qual sono d almeno 3 ordn d grandezza nferor. In generale nelle strutture HW convene non porre n cascata dretta locch compless qual moltplcator e sommator, ma nterporre element d memora (regstr) sncronzzat su fs. -Jan COMBINATOE DIGITALE S S D D fs S S D D fs fs fs fs -Jan pdseln 7

18 COMBINATOE DIGITALE Da un punto d vsta sstemstco l utlzzo d due canal ndpendent per Vn e Vn rsulta costoso ( S&H, ADC...) e ngustfcato dal punto d vsta delle specfche d tmng dato che l converttore presenta un tempo d conversone d µs e vene utlzzato a 5 µs. E possle mmagnare d avere un unco canale d acquszone condvso tra due ngress Vn Vn. Se l meccansmo d condvsone e a dvsone d tempo s ndca TDM Tme Dvson Multplexng -Jan COMBINATOE DIGITALE Vn* Vn * MUX ANALOGICO A/D *fs4hz I regstr e memorzzeranno l uscta del converttore ogn Ts/ ma solo ccl par e solo dspar *fs S S *fs D D fs fs fs -Jan pdseln 8