ELETTRONICA II Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino Parte F: Conversione A/D e D/A Lezione n. 27 - F - 4: Circuiti per convertitori A/D
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 indiretti e misti
Convertitori parallelo A V R - + - + - + Codificatore M-N 0 0 1 M-N enc. - + 1 M = 2 N N
Convertitori con D/A in reazione A A + - rete logica D convertitore D/A
Convertitori con D/A in reazione Il blocco rete logica varia D fino a quando A approssima al meglio possibile A. Due strategie: un LSB per volta: convertitori a inseguimento iniziare dal MSB: convertitori ad approssimazioni successive
Convertitore a inseguimento A A + - U/D contatore reversibile CK D convertitore D/A
Convertitore a inseguimento Se A < A il contatore viene incrementato Se A > A il contatore viene decrementato M = 2 N passi per andare da 0 a S: tempo di conversione T C = 2 N T CK
A/D ad approssimazioni successive A + SAR: logica di - approssimazione A CK D convertitore D/A
Logica di approssimazione Il segnale di ingresso viene confrontato con S/2: il risultato determina il MSB MSB = 0: confronto successivo con S/4 MSB = 1: confronto successivo con 3S/4 il risultato determina MSB - 1... N passi per convertire su N bit
Sequenza di approssimazione S A S/2 0 t
Sequenza di approssimazione S A S/2 0 A = S/2 A > A MSB = 1 t
Sequenza di approssimazione S A 3S/4 S/2 0 A = S/2 A > A MSB = 1 A = 3S/4 A < A MSB-1 = 0 t
Sequenza di approssimazione S A 3S/4 S/2 0 A = S/2 A > A MSB = 1 A = 3S/4 A < A MSB-1 = 0 A = 5S/8 A > A MSB-2 = 1 t
Esperienza di laboratorio Convertitore A/D ad approssimazioni successive Albero delle decisioni
Convertitore A/D ad inseguimento V I +5V 1kΩ Clk C U/D Contatore Up/Down Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 LM311 D V A Rete a scala e amplificatore
Convertitore A/D con SAR V I +5V 1kΩ Clk SOC Registro ad C approssimazioni successive EOC CP Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 LM311 D V A Rete a scala e amplificatore
Albero delle decisioni S 3S/4 S/2 0 Sequenza di uscite A dal D/A confrontate con A t
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 indiretti e misti
Convertitori indiretti Operano in due passi: grandezza analogica tempo valore numerico
Convertitori a rampa La tensione di ingresso V viene integrata per un tempo fisso (p. es. 1000 T CK ) Dal valore finale si ritorna a zero con pendenza fissa (V R ) Il tempo (numero di T CK ) impiegato per tornare a zero è proporzionale a V
Convertitori a rampa 0 1000 0 D 1 D 2 V 1 V 2 t D = k V/1000
Tempo di conversione e complessitá Per convertitori a N bit: Tempo di Num. conversione comparatori Flash T C 2 N App. succ. N T C 1 Inseguimento 2 N T C 1
Convertitori multistadio Combinazione delle tecniche viste in precedenza Maggiore velocitá, a pari numero di comparatori Minor numero di comparatori, a pari velocitá
Convertitore da 8 bit veloce Flash a 8 bit: num. comparatori: 2 8-1 =255 tempo conversione: Due flash da 4 bit in cascata: num. comparatori: 2(2 4-1) = 30 tempo conversione: Quattro flash da 2 bit in cascata: num. comparatori: 4(2 2-1) = 12 tempo conversione: T C 2T C 4T C
Convertitori pipeline Inserendo elementi di memoria nei convertitori a piú stadi, è possibile operarare contemporaneamente su campioni successivi: t = t 1 stadio 1 2 3 4 campione A X X X t = t 2 stadio 1 2 3 4 campione B A X X t = t 3 stadio 1 2 3 4 campione C B A X
Origine degli errori Offset: Guadagno: offset del comparatore tensione di riferimento errore sistematico nella rete di peso Non-linearitá: non-linearitá del D/A Missing code: non-monotonicitá del D/A
Circuiti per convertitori A/D Convertitore parallelo Convertitori con D/A in reazione ad inseguimento ad approssimazioni successive Esperienza di laboratorio Convertitori indiretti e misti Origine degli errori