20-Mar-03-2 ETLCE - C DDC. Riferimenti nel testo Convertitori Digitali/Analogici 4.2 D. 20-Mar-03-4 ETLCE - C DDC

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1 odulo Politecnico di Torino Facoltà dell nformazione Elettronica delle telecomunicazioni Conversione / e / C3 - Convertitori /» classificazione errori,» parametri dinamici» strutture base» esempi di circuiti Contenuti del Gruppo C Processo di conversione /» Campionamento e quantizzazione, errori, N Convertitori /» Fdt, errori, tipi base, esempi di circuiti Convertitori /» Fdt, errori, classificazione» esempi di circuiti, tecniche pipeline, moduli /H Convertitori speciali» logaritmici, differenziali e igma-elta, oversampling C C Contenuti di questa lezione (C3) Caratteristica di conversione / Classificazione degli errori nei convertitori /, lineari: guadagno e offset nonlinearità integrale e nonlinearità differenziale parametri dinamici trutture dei convertitori a grandezze uniformi e a grandezze pesate Esempi di circuiti La variabile di ingresso () è discreta la è una sequenza di punti per intervalli d costanti i punti sono allineati iferimenti nel testo Convertitori igitali/nalogici C C Caratteristica di conversione Errori di un convertitore / = 2 N normalmente i punti sono fitti, e la è una linea continua. ue categorie Errori statici comportamento a regime ingresso costante esprimibili nel diagramma (, ) Errori dinamici comportamento in transitorio segnale di ingresso variabile esprimibili dalla (t) C C Page 1 23 C 1

2 Parametri relativi agli errori statici - a Parametri relativi agli errori statici - b fascia di non-linearita fascia di non-linearita miglior retta approssimante ideale miglior retta approssimante C C nalisi degli errori in due passi Errori di offset e di guadagno ) da a retta approssimante errori di nonlinearità b) da retta approssimante a retta ideale errori lineari: offset e guadagno La retta approssimante non passa per i punti (,) e (,); é possibile definire due errori questo metodo vale per qualunque blocco con fdt lineare Offset (fuori-zero): intercetta sull asse della retta approssimante Guadagno: differenza tra la pendenza della ideale e quella della retta approssimante C C Errore di offset Errore di guadagno Fdt ideale: = = Fdt ideale: = K Fdt : per la retta approssimante = = Voff Fdt per la retta approssimante = K K = K + K εg Errore di offset: Voff Errore di guadagno: εo = Voff εg = K/K C C Page 2 23 C 2

3 Compensazione degli errori lineari Errore di non-linearitá Gli errori di offset e di guadagno possono essere compensati fascia di non-linearita per compensare εg si corregge il guadagno miglior retta approssimante per compensare εo si somma una costante C C Nonlinearitá integrale Errore di non linearitá differenziale l massimo scostamento della dalla retta approssimante definsce una fascia ε nli. errore di nonlinearità integrale ε nli punti della di conversione dovrebbero essere tutti spaziati di eguali intervalli (sull asse ), Nella i punti sono spaziati di un intervallo, diverso da. miglior retta approssimante C C Nonlinearità differenziale pecifica degli errori nalizziamo le disuniformità dell intervallo - = ε nld errore di nonlinearità differenziale Gli errori vengono indicati come: % del fondo scala (errore relativo) valore (errore assoluto) frazioni di LB (= ) ideale e la non-linearitá differenziale é maggiore di 1 LB, si ha errore di NON ONOTONCT ε nld C C Page 3 23 C 3

4 Errore di non-monotonicitá Tempo di assetto n presenza di un transitorio, l uscita del convertitore / impiega un tempo T per portarsi al nuovo valore (entro la precisione richiesta): T : TEPO ETTO (settling time) zona con errore di non-monotonicitá C C Glitch Classificazione degli errori Nel transitorio l uscita si puó portare per brevissimo tempo a valori molto diversi da quelli teorici: GLTCH Errori lineari errore di guadagno ε G errore di offset ε O Errori di non linearitá non-linearitá integrale ε nli non-linearitá differenziale ε nld l glitch è dovuto a ritardi di commutazione diversi tra i vari bit, che generano stati transitori. Parametri dinamici tempo di assetto t Glitch C C Contenuti di questa lezione (C3) Circuiti per convertitori / Classificazione degli errori nei convertitori /, lineari: guadagno e offset nonlinearità integrale e nonlinearità differenziale parametri dinamici Tecniche base somma di grandezze uniformi somma di grandezze pasate trutture dei convertitori grandezze uniformi e grandezze pesate esempi di circuiti iferimenti nel testo Convertitori igitali/nalogici 4.2 Esempi di circuiti per convertitori: Convertitori potenziometrici Convertitori a grandezze pesate eti a scala eti capacitive Esempio di data sheet C C Page 4 23 C 4

5 Grandezze uniformi o pesate Convertitori a grandezze uniformi - 1 La grandezza di uscita (V, ) viene ottenuta come: somma di variabili di peso eguale (1) inserite in quantità corrispondente al valore dell ingresso digitale.» Uscita = * LB»11 = Convertitore potenziometrico Uscita in tensione somma di variabili di peso corrsipondente alle potenze di 2, inserite o meno a seconda del valore 1/ del bit corrispondente» Uscita = 1*1 + 2* 2 + 4*3 + 8*4.»11 = 111 B = 1* + 2*1 + 4* + 8*1 L uscita è una tensione Vu ottenuta come somma di tensioni uguali, ottenute da un partitore a catena, in cui la presa è selezionata dal valore C C Convertitori a grandezze uniformi - 2 Convertitori a grandezze pesate Le grandezze pesate (generalmente correnti) si ottengono a partire da una grandezza di riferimento (generalmente una tensione Vr), e vengono portate o meno al sommatore da un banco di deviatori comandati dai bit del dato di ingresso L uscita è una corrente O ottenuta come somma di correnti uguali, inserite o no a seconda del valore C C Convertitore a resistenze pesate eviatori di corrente e di tensione Le correnti pesate si ottengono con una serie di resistenze (a loro volta pesate) i deviatori commutano tra punti allo stesso potenziale deviatori di corrente eti passive lineari: principio di reciprocità cambiando ingresso e uscita non cambia la relazione tra V e forte dinamica dei valori di (2 N-1 ) 1 = (V 1 ) 2 = (V 2 ) C C Page 5 23 C 5

6 Convertitori a grandezze pesate ete ottenuta da quella precedente scambiando /V i deviatori commutano tra punti a potenziale diverso deviatori di tensione ue correnti eguali 2 2 V = V /2 forte dinamica dei valori di (2 N-1 ) C C Corrente e /2 erie di correnti pesate 2 /2 2 /2 /4 /8 V 2 2 /2 /2 V /2 /4 /8 = V /2 = V / C C La rete a scala permette di ottenere un ampia dinamica di corrente con due soli valori di resistenza La rete a scala puó essere espansa a piacere. Usa solo resistenze di valore e 2. Per inserirla in un convertitore / occorre deviare le correnti verso massa o verso un nodo di somma, a seconda dello stato di ciascun bit. Con la conversione Norton/Thevenin permette di ottenere uscite in tensione. cambiando e V (principio di reciprocità) si ottiene una rete che usa deviatori di tensione C C Page 6 23 C 6

7 con deviatori di corrente : esempio di conversione V /2 /4 / V /2 /4 /8 B B 1 i deviatori commutano tra punti allo stesso potenziale TOT 1 1 TOT = /2 + /8 TOT C C con deviatori di tensione Uscita di corrente e di tensione /2 /4 /8 OUT esistenza di uscita costante i generatori equivalenti Thevenin e Norton hanno la stessa relazione con B i deviatori commutano tra massa e V V a un circuito con uscita in corrente (e u costante) si può ottenere un circuito con uscita in tensione C C con uscita di tensione eviatori di tensione e di corrente V OUT /2 /4 /8 B i deviatori commutano tra massa e V V C C Page 7 23 C 7

8 eti di peso capacitive Errori con grandezze pesate Le grandezze da sommare possono essere cariche (anzichè correnti) La rete di peso utilizza capacità (anzichè resistenze) La precisione dipende dalla tolleranza dei rapporti tra capacità Ciascun ramo può introdurre errori quando il bit corrispondente vale 1 B interviene a /2 B-1 interviene a k/4 l peso di ciascun ramo è diverso uscita = ramo * pesoramo Uno stesso errore relativo nella grandezza pesata determina diversi errori assoluti in uscita B pesa 1/2, B-1 pesa 1/4,. rami Bs devono essere più precisi Parametro critico: nonlinearità differenziale C C Effetto degli errori nella rete di peso Errori con grandezze uniformi Ciascun ramo ha lo stessopeso (1 LB) uscita = ramo * pesoramo Uno stesso errore relativo in qualunque ramo determina uguali errori assoluti in uscita l uscita è intrinsecamente monotona» sommatoria di grandezze dello stesso segno Tutti i rami possono avere la stessa precisione Parametro critico: nonlinearità integrale C C ommario delle cause di errore Convertitori / misti Errore di guadagno variazioni della tensione di riferimento errori sistematici nella rete di peso trutture a grandezze pesate più semplici (O N) precisioni elevate sui rami Bs Errore di offset offset degli operazionali di uscita corrente di perdita degli interruttori Errori di nonlinearità errori casuali nella rete di peso (N L ) errore sistematico nelle grandezze uniformi (N L ) trutture a grandezze uniformi intrinsecamente monotone più complesse (O 2 N ) Combinazione dei vantaggi Bs a grandezze uniformi LBs a grandezze pesate C C Page 8 23 C 8

9 Esempio di / integrato / per applicazioni telecom Generazione di segnale direttamente in banda Parametri significativi: linearità banda a piena potenza dinamica priva di spurie (F) C C ommario lezione C3 Prossima lezione (C4) Convertitori /: classificazione errori,» lineari/nonlin» errore di guadagno e di offset» nonlinearità integrale e nonlin. differenziale» parametri dinamici trutture» a grandezze uniformi» a grandezze pesate Esempi di circuiti» rete a scala» reti capacitive Convertitori /, classificazione errori (lineari, nonlin, dinamici) definizione dei parametri: complessità e velocità classificazione delle strutture Esempi di convertitori / flash, app successive, residui trutture pipeline Convertitori misti iferimenti nel testo Convertitori nalogico/igitali C C Page 9 23 C 9