DAC 2

ESEMPI DI ARCHITETTURE DI DAC
1
Fondamenti di elettronica
DAC A RESISTENZE PESATE
-VREF
S2
S1
D1
R
D2
2R
Sn
S3
D3
4R
Dn
V0
+
2n-1R
R/2
D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE
USCITA ANALOGICA
Caso di DAC a n=10 bit :
se R=5k
2n-1R=2.5M !
Configurazione limitata a n < 8
2
Fondamenti di elettronica
ERRORI DI LINEARITA’ DIFFER. E INTEGR.
Dipendono da :
-VREF
• resistenze serie degli
interruttori
• tensione VDSon ai capi
dell’interruttore MOSFET
• non perfetto rapporto
tra le resistenze
(R, 2R, 4R,…, 2n-1R)
S3
Sn-1
VDSon
4R
2n-1R
+
R/2
3
Fondamenti di elettronica
ALTRI ERRORI
• La corrente erogata dal generatore VREF dipende dal codice di
ingresso
ERRORE DI SOVRAPPOSIZIONE.
RREF
-
V
VREF
+
D1
R
Tensione effettiva diversa al
variare del codice D1D2…Dn
D2
D3
Dn
2R
4R
2n-1R
+
V
-
0
R/2
• Errori introdotti dalle non-idealità dall’operazionale (Ibias, Voffset, ecc.)
4
Fondamenti di elettronica
DAC A CAPACITA’ PESATE
-VREF
S2
S1
D1
2n-1C
S3
Sn
D3
D2
4C
Dn
2C
+
C
V0
2C
D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE
Q1=VinC1
+
Vin
C1
Vin
+
V0
-
-
C2
G
Vo
C
 1
Vin
C2
Q2=VinC1
V2=Q2/C2
5
Fondamenti di elettronica
CONVERTITORI DAC a SCALA R-2R
R
VREF
R
R
2R
2R
2R
2R
D1
1
D2
1
D3
1
Dn
1
0
0
0
2R
0
+
V0
R
D1, D2 , D3 … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE
MSB
6
LSB
Fondamenti di elettronica
RESISTENZE MOSTRATE DA UNA RETE A SCALA R-2R
• Resistenze verso massa a dx dei nodi sempre uguali a 2R qualunque
sia il codice
2R
2R
2R
R
VREF
R
R
2R
2R
2R
2R
D1
1
Dn-2
1
Dn-1
1
Dn
1
0
0
0
2R
0
+
V0
Terra reale
R
Terra virtuale
7
Fondamenti di elettronica
RAMI CON CORRENTI A PESO BINARIO
VREF
V
I1  ref
2R
D1
1
I1
2R
0
I1
I1
2
R
I1
2
D2
1
R
2R I1
R
D3
1
I1
2R
4
0
2 n 1
2
0
n 1
Dn
1
2R
2R
0
Iu
V 
V D D
D
1
1
1
D 

I u  ref 1 D1   D 2   D3  ... 
 D n   ref  1  2  3  ...  n 
2R 
2
4
2R  20 21 22
2n 1
2n 1 

V D D
D
D 
I u  ref  1  2  3  ...  n 
R  21 22 23
2n 
8
Fondamenti di elettronica
FUNZIONE DI TRASFERIMENTO
R
Vref
R
R
2R
2R
2R
2R
D1
1
D2
1
D3
1
Dn
1
0
0
0
2R
0
+
V0
D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE
Iu
R
D
D 
N
D D
Vo   I u  R   Vref   1  2  3  ...  n    Vref 
2n 
2n
 21 22 23
9
Fondamenti di elettronica
ALTRE CARATTERISTICHE
• Assenza di errori di sovrapposizione
Vref
I tot 
R
Itot =I1+I1, sempre uguale qualunque sia il codice
I1
R
V
I1  ref
2R
Vref
D1
2R
I1
2
D2
R
2R
I1
4
D3
R
2R
I1
n
2R
2R
Dn
• Giocano un ruolo le resistenze di on dei deviatori, l’accuratezza di
Vref e l’offset dell’operazionale.
10
Fondamenti di elettronica
CONVERTITORI DAC a SCALA 2C-C
2C
VREF
2C
2C
C
C
C
C
D1
1
D2
1
D3
1
Dn
1
0
0
0
C
0
+
V0
2C
D1, D2 , … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE
11
Fondamenti di elettronica
DAC a PARTITORE DI TENSIONE
-VR
R
8
12
R
7
14
R
6
11
R
5
R
VR
2n
1 LSB
12
+
4
3
R
2
Int.chiusi
000
1,9,13
001
2,9,13
010
3,10,13
011
4,10,13
100
5,11,14
101
6,11,14
110
7,12,14
111
8,12,14
V0
-
10
R
D1D2D3
13
9
R
1
D3
LSB
D2
D1
MSB
BIT di CONTROLLO
Fondamenti di elettronica
PROPRIETA’ del DAC a PARTITORE
• Intrinseca MONOTONICITA’ della conversione
• Numero di bit limitato a ~12 (resistori di valore
elevato che occupano grande area)
• Errori dovuti a Ibias dell’operazionale e perdite degli
interruttori
13
Fondamenti di elettronica
DAC a USCITA BIPOLARE
• I DAC possono essere resi bipolari, con l’uscita analogica che assume
sia valori positivi che negativi, mediante semplici accorgimenti circuitali.
• DAC a partitore resistivo:
+VR
R
7
R
6
R
V
2 R
2n
12
R
R
1 LSB
8
14
11
5
4
R
3
R
2
R
+
-
10
13
9
1
-VR
14
Fondamenti di elettronica
V0
DAC a SCALA R-2R con USCITA BIPOLARE
R
-VREF
R
R
2R
2R
2R
2R
D1
1
D2
1
D3
1
Dn
1
0
0
0
2R
0
+
V0
R
I
VREF
2R
2R
VBIAS = VREF
15
Fondamenti di elettronica
CODICI per DAC BIPOLARI
Uscita
Codice
complementare
Codice
complemento a 1
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
7/8 VFS
3/4
5/8
1/2
3/8
1/4
1/8
+0
-0
-1/8
-1/4
-3/8
-1/2
-5/8
-3/4
-7/8
-8/8 VFS
Codice binario traslato
16
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
assente
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Stesso
codice
Codice segno-valore
Fondamenti di elettronica
DAC MOLTIPLICATORI
• Variano sia Vref che la parola digitale D1D2…Dn
Vref
R
R
R
2R
2R
2R
2R
D1
D2
D3
Dn
2R
V0
+
-
D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE
Vo 
17
R
n
Di
 Vref   i
i 1 2
MOLTIPLICAZIONE
Fondamenti di elettronica
TIPI DI MOLTIPLICATORI
Vref
D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE
Si possono avere moltiplicatori a 1 quadrante (Vref e
codice unipolari), a 2 quadranti (Vref o codice
bipolari), a 4 quadranti (Vref e codice bipolari).
18
Fondamenti di elettronica
ESEMPI DI APPLICAZIONE DEI DAC
e/o delle loro parti costitutive
19
Fondamenti di elettronica
AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE
DIGITALMENTE (DAC 0830 datasheets)
Chiusura della retroazione
R
VREF
2R
D1
1
R
2R
0
D2
1
R
2R
0
D3
1
2R
0
Dn
1
2R
0
+
V0
Parola digitale che definisce il guadagno
Ingresso del segnale analogico
20
R
VIN
Fondamenti di elettronica
AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE
DIGITALMENTE
R
VREF
R
R
2R
2R
2R
2R
D1
1
D2
1
D3
1
Dn
1
0
0
0
2R
0
+
V0
-
Iu
Iu  
21
Vref  D1 D 2 D3
D 
 1  2  3  ...  nn 
R 2
2
2
2 
V
iin  in
R
R
VIN
Fondamenti di elettronica
ESPRESSIONE del GUADAGNO DELL’AMPLIFICATORE
• Uguagliando le due correnti … :
V D D
D
Vin
D 
  ref  1  2  3  ...  n 
R
R  21 22 23
2n 
Vin  Vref
N
2n
N
2n
• … si ottiene il guadagno dell’amplificatore :
2n
Vo  Vin
N
Con DAC a 8 bit, si ottiene un amplificatore
con –1<G<-256 a passi unitari.
Codice 00000… non ammesso!
22
Fondamenti di elettronica
RESISTENZE VARIABILI e POTENZIOMETRI
A
Resistore variabile
0 < Rx < Rmax
Simbolo circuitale
Vite senza fine
A
RX
Rmax
B
VR
B
Partitore variabile
V
VR
Ry
Rx  Ry
RX
RY
Esempio di realizzazione
23
Fondamenti di elettronica
V
POTENZIOMETRI DIGITALI
VA
R
8
R
7
6
R
VR
5
R
4
2
n
VB
24
R
R
12
14
V0
11
R
R
VA
10
3
13
2
9
1
D3
V0
D2
VB
D1
Fondamenti di elettronica
POTENZIOMETRI DIGITALI : VANTAGGI e SVANTAGGI
Vantaggi:
•Assenza di usura meccanica; Insensibilità alle
vibrazioni
•Tempi di regolazione più rapidi
•Facilità e certezza di riproduzione della posizione
del “cursore”
•Si integrano bene con sistemi a microcontrollore
Svantaggi:
•Limitate tensioni applicabili
25
Fondamenti di elettronica
CONTROLLO DIGITALE DEL GUADAGNO
POTENZIOMETRO DIGITALE
B
A
RA
RB
VIN
-
D1…D2
RB
Vu  
Vin
RA
GUADAGNO
VARIABILE
DIGITALMENTE
+
Il guadagno varia in modo quasi logaritmico al variare del codice digitale
26
Fondamenti di elettronica
CONTROLLO PROGRAMMABILE dei TONI
C1
R1
-
VIN
C2
f LB 
R1
RDAC1
2R DAC1C1
VU
+
R2
R2
f HB 
RDAC2
27
1
1
2R DAC2C2
Fondamenti di elettronica