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
