INTRODUZIONE AI CONVERTITORI
ANALOGICO-DIGITALI (ADC)
1
Fondamenti di elettronica
CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE, A/D
Ingresso
analogico
Vin oppure Iin
Grandezza di
riferimento
Convertitore
A/D
D1, D2, …Dn
Uscita
digitale
VFS, IFS
ADC, Analog to Digital Converter
D1D2…Dn
Parola digitale di uscita
BIT meno significativo – LSB, Least Significant Bit
BIT più significativo –MSB, Most Significant Bit
N è il numero decimale intero corrispondente alla parola digitale D1D2…Dn:
N = D1 ⋅ 2n −1 + D 2 ⋅ 2 n − 2 + ... + D n ⋅ 20
2
Fondamenti di elettronica
L’IDEA DELLA CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE
Tensione di fondo scala , VFS
VFS
Intervallo di valori Vin a cui
corrisponde lo stesso codice
2n intervalli
…
Vin
Livello di
tensione di
ingresso
3
N=5 (D1D2..Dn=…101)
N=4 (D1D2..Dn=…100)
N=3 (D1D2..Dn=…011)
0
} LSB = VFS
n
2
Uscita : …101
Risoluzione
Fondamenti di elettronica
RELAZIONE INGRESSO-USCITA di un ADC IDEALE
VFS
Codice di uscita
2
n
Minima variazione
dell’ingresso in
grado di produrre un
cambiamento nel
codice di uscita.
Risoluzione
111
1 LSB
110
ADC con 12 bit e VFS=10V
101
2.44mV di risoluzione.
100
011
Intervallo di valori Vin a cui
corrisponde lo stesso codice
010
001
N⋅
4
VFS
2n
000
1/8 1/4
1/2
3/4
Tensione di ingresso
1
Vin/VFS
Fondamenti di elettronica
ERRORE DI QUANTIZZAZIONE
111
110
101
100
011
Il codice di uscita SOTTOSTIMA
la tensione di ingresso
010
001
000
Il codice di uscita
1/8 1/4
1/2
3/4
1
Vin/VFS
tensione di ingresso
½ LSB
-½ LSB
5
Fondamenti di elettronica
NON - LINEARITA’ DIFFERENZIALE
111
111
111
110
110
110
101
101
101
100
100
100
011
011
011
010
001
010
001
010
001
000
000
000
Vin/VFS
1/4
Larghezza del
gradino ideale
pari a 1 LSB.
3/4
1
Larghezza del gradino
ERRORE di linearità differenziale
6
1/2
Scostamento tra la larghezza del gradino
i-esimo ed il suo valore ideale di 1 LSB
Fondamenti di elettronica
ERRORE DI QUANTIZZAZIONE in ADC REALE
111
110
101
100
011
010
001
000
1/4
7
1/2
3/4
1
Fondamenti di elettronica
NON - LINEARITA’ INTEGRALE
111
111
110
110
101
101
100
100
011
011
010
001
010
001
000
000
1/4
ERRORE di linearità integrale
INL, Integral Non Linearity
8
1/2
3/4
1
Scostamento tra il centro del gradino
reale e quello teorico
Fondamenti di elettronica
ERRORE per un CODICE MANCANTE
111
110
101
Codice che non uscirà mai
100
011
010
001
000
Vin/VFS
1/4
Se manca un codice,
l’errore di quantizzazione
è necessariamente
maggiore di 1 LSB
9
1/2
3/4
1
1 LSB
½ LSB
-½ LSB
Fondamenti di elettronica
ERRORE di GUADAGNO
111
110
101
Pendenza ideale
100
011
010
001
000
1/8 1/4
10
1/2
3/4
Tensione di ingresso
1
Vin/VFS
Fondamenti di elettronica
ERRORE di OFFSET
111
110
101
Offset
100
011
010
001
Vin/VFS
000
Offset
11
1/8 1/4
1/2
3/4
Tensione di ingresso
1
Fondamenti di elettronica
ALTRE CARATTERISTICHE
Dipendenza minima dei parametri dalla temperatura
(espressi nei coefficienti di temperatura per gli errori di
guadagno, offset e linearità)
Monotonicità della risposta
(il codice di uscita cresce sempre al crescere della
tensione di ingresso)
12
Fondamenti di elettronica
