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MASOERO FEDERICA Classe 5INFORMATICI sez. A, ITIS G.C. Faccio -Vercelli- SISTEMA DI ELABORAZIONE E/O TRASMISSIONE DIGITALE DI UN SEGNALE ANALOGICO L’evoluzione della tecnologia ha portato alla diffusione dei sistemi digitali che hanno invaso il mondo delle comunicazioni e delle elaborazioni un tempo appannaggio dell’elettronica analogica. A fronte di quanto detto il problema principale da analizzare riguarda l’interfacciamento dell’ambiente digitale con il mondo esterno che è per lo più caratterizzato da grandezze analogiche che variano cioè con continuità. Lo schema illustrato rappresenta la struttura di un sistema in grado di supportare l’elaborazione/trasmissione digitale di un singolo segnale analogico; con un numero maggiore di segnali sarebbe stato necessario l’utilizzo di un multilplexer ovverosia un dispositivo in grado di trasferire in uscita uno solo tra i segnali presenti in ingresso. La presenza del blocco amplificazione / condizionamento è necessaria per portare il segnale in ingesso al sistema in determinato range di valori. In linea di massima tale segnale è l’uscita di un trasduttore, cioè un dispositivo che effettua la trasformazione di grandezze naturali in grandezze elettriche quali tensione o corrente. Il convertitore Analogico/Digitale ha come funzione essenziale quella di convertire un segnale analogico nel corrispondente dato digitale. Tale processo di conversione comporta inevitabilmente una perdita d’informazione dovuta alla sua natura: discreta nei valori, il che porta ad un errore di quantizzazione dal momento che ad un intervallo di infiniti valori analogici corrisponde un unico valore digitale; discreta nel tempo, in quanto la trasformazione di un valore analogico nel corrispondente digitale non è istantanea ma richiede un tempo di conversione durante il quale non possono sussistere campionamenti intermedi. Ad ogni campionamento corrisponde la trasformazione della grandezza analogica in ingresso all’ADC in una stringa di bit. È evidente che il segnale deve essere campionato con una frequenza opportuna al fine di preservare l’integrità del contenuto informativo del segnale anche in forma digitale. La scelta della frequenza di campionamento deve esser fatta tenendo conto del Teorema di Shannon secondo il quale un segnale limitato in banda è ricostruibile univocamente dai suoi campioni purché essi siano presi con una frequenza almeno doppia di quella massima presente nel segnale. Se il Teorema non è rispettato subentra il fenomeno dell’aliasing per cui un campionamento troppo rado non permette la ricostruzione fedele del segnale a partire dai suoi campioni. Per ridurre la probabilità che si verifichi tale fenomeno è consigliabile prefiltrare il segnale mediante un filtro antialiasing realizzato attraverso un filtro passa-basso con frequenza di taglio pari a fc(frequenza di campionamento)/2. In questo modo, oltre a limitare la banda del segnale alle frequenze utili si eliminano quelle componenti in alta frequenza spesso dovute alla presenza di rumori. Se il segnale varia con rapidità è necessario utilizzare un dispositivo Sample&Hold in grado di mantenere stabile il campione del segnale analogico per tutto il tempo della conversione. Il segnale in uscita dall’ADC si prepara all’elaborazione e/o trasmissione digitale. Se si tratta di elaborazione è necessario che il dispositivo che si interfaccia sul bus sia dotato di uscite three-state ed ingressi latch. Per quanto riguarda la trasmissione digitale, il vantaggio principale rispetto a quella analogica è una maggiore immunità ai disturbi, tuttavia superati i 500 m di distanza non è più sufficiente una conversione Analogico/Digitale bensì risulta necessario ricorrere alla modulazione del segnale. Terminata l’elaborazione e/o trasmissione il segnale digitale viene riconvertito dal convertitore Digitale/Analogico nella corrispondente forma analogica. In realtà l’ uscita del dispositivo di conversione non corrisponde alla ricostruzione completa del segnale analogico ma ad una conformazione a tratti. Questo aspetto è dato dalla presenza, nel spettro in frequenza del segnale campionato di una serie infinita di spettri immagine o spettri spuri che riproducono quello originale ed il suo simmetrico incentrati sulle armoniche della frequenza di campionamento. La funzione di un filtro di ricostruzione o smoothing filter è quella di eliminare gli spettri immagine, quindi le variazioni rapide del segnale in uscita dal convertitore attribuendogli una forma più smussata. Si tratta evidentemente di un filtro passa basso la cui frequenza di taglio deve essere compresa tra l’ultima armonica del segnale analogico prefiltrato e la prima del primo spettro immagine, cioè tra fmax e (fc-fmax).Se tuttavia il teorema di Shannon non è rispettato, lo spettro originale ed il primo spettro immagine tendono a sovrapporsi ed il filtro di ricostruzione potrà solamente smussare dell’aliasing. il segnale ma non ricostruirlo a causa
