Convertitori Dicitale/Analogico
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ELETTRONICA II Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino Parte F: Conversione A/D e D/A Lezione n. 25 - F - 2: Convertitori D/A Conversione A/D • La conversione da Analogico a Digitale comporta due tipi di discretizzazione: nel tempo: campionamento in ampiezza: quantizzazione • Un SISTEMA DI CONVERSIONE deve eseguire entrambe queste operazioni Sistema di conversione A/D A Campionamento Quantizzazione sistema di conversione D Condizionamento del segnale • Per un campionamento corretto il segnale A deve essere limitato in banda (ω < Ω) • Per una quantizzazione corretta il segnale A deve avere dinamica opportuna (0-S) • Il segnale A viene portato in queste condizioni da un blocco di CONDIZIONAMENTO DEL SEGNALE Circuiti nel sistema di conversione A condizionamento del segnale filtri, amplificatori, limitatori Campionamento circuito di Sample/Hold o Track/Hold conversione A/D convertitore A/D sistema di conversione D Parametri dei sistemi di conversione • Dinamica di ingresso (fondo scala S; unipolare/bipolare) • Cadenza di campionamento (banda del segnale) • Numero di bit (errore % di quantizzazione) Catena completa A/D e D/A • Una grandezza viene convertita da rappresentazione analogica a numerica • Viene trattata (elaborata, memorizzata, trasmessa, ...) in forma numerica • Al termine della catena viene riportata in forma analogica Elementi della catena • 1 - Protezioni all’ingresso, attenuatori/amplificatori • 2 - Filtri passa-basso (anti-aliasing) • 3 - Campionatore (S/H) • 4 - Convertitore A/D • 5 - Convertitore D/A • 6 - Filtri passa-basso di uscita • 7 - Protezioni in uscita, eventuale amplificatore . Sistemi di conversione A/D e D/A - 2 • Caratteristica I/O di un convertitore D/A • Errori statici e dinamici • Circuiti per convertitori D/A – – – – Convertitore potenziometrico Convertitori a grandezze pesate Reti a scala Convertitori indiretti Caratteristica di conversione A S D 0 0 1 2 M Caratteristica ideale A S caratteristica ideale D 0 0 M Caratteristica reale A S caratteristica ideale caratteristica reale D 0 00 M Miglior retta approssimante A S caratteristica ideale miglior retta approssimante caratteristica reale D 0 0 M Fascia di non-linearitá A S fascia di non-linearita’ caratteristica ideale miglior retta approssimante caratteristica reale D 0 0 M Sistemi di conversione A/D e D/A - 2 • Caratteristica I/O di un convertitore D/A • Errori statici e dinamici • Circuiti per convertitori D/A – – – – Convertitore potenziometrico Convertitori a grandezze pesate Reti a scala Convertitori indiretti Errori di offset e di guadagno • La retta approssimante non passa per i punti (0,0) e (M,S); è possibile definire due errori (presenti in qualunque blocco con fdt lineare) • Offset (fuori-zero): intercetta sull’asse A della retta approssimante • Guadagno: differenza tra la pendenza della caratteristica ideale e quella della retta approssimante A caratteristica ideale errore di guadagno miglior retta approssimante errore di offset D Errori di non linearitá • L’ampiezza della fascia di non-linearitá definisce il massimo scostamento della caratteristica reale da una retta • E’ l’errore di NON LINEARITA’ ASSOLUTA (NON LINEARITA’ INTEGRALE) Errore di non-linearitá assoluta A S fascia di non-linearita’ miglior retta approssimante caratteristica reale D 0 0 M Errore di non linearitá differenziale • I punti della caratteristica di conversione dovrebbero essere spaziati di AD (sull’asse A) • Nella caratteristica reale i punti sono spaziati di un intervallo A’D , diverso da AD. • La differenza AD - A’D è l’errore di NON LINEARITA’ DIFFERENZIALE Caratteristica reale A S caratteristica ideale AD A’D caratteristica reale D 0 0 M Caratteristica reale A S A’’D A’D miglior retta approssimante caratteristica reale D 0 0 M Classificazione degli errori statici • Errori lineari errore di guadagno errore di offset εG εO • Errori di non linearitá non-linearitá assoluta εLA non-linearitá differenziale εLD Specifica degli errori • Gli errori vengono indicati come: % del fondo scala (S) valore assoluto (mV, ...) frazioni di LSB • Se la non-linearitá differenziale è maggiore di 1 LSB, si ha errore di NON MONOTONICITA’ Errore di non-monotonicitá A S AD A’D zona con errore di non-monotonicitá D 0 0 M Comportamento dinamico • In presenza di un transitorio, l’uscita del convertitore D/A impiega un certo tempo per portarsi al nuovo valore: TEMPO DI ASSETTO • Nel transitorio l’uscita si puó portare per brevissimo tempo l’uscita a valori molto diversi da quelli teorici: GLITCH Sistemi di conversione A/D e D/A - 2 • Caratteristica I/O di un convertitore D/A • Errori statici e dinamici • Circuiti per convertitori D/A – – – – Convertitore potenziometrico Convertitori a grandezze pesate Reti a scala Convertitori indiretti Circuiti per convertitori D/A • Tecniche base: Convertitori potenziometrici Convertitori a grandezze pesate Convertitori indiretti Convertitori potenziometrici VR RA la grandezza D determina la posizione del cursore VU RB VU = VRRB/(RA + RB) Convertitori potenziometrici • Il circuito reale comprende una serie di resistenze con prese intermedie, ed un banco di interruttori (albero binario) per selezionare il punto in cui collegare l’uscita • E’ possibile definire un circuito analogo, pilotato da un generatore di corrente, con uscita in corrente (su un nodo di massa virtuale) Convertitori a grandezze pesate • La grandezza di uscita (V, I) viene ottenuta come somma di variabili di peso 1, 2, 4, 8, ..., moltiplicate per il bit corrispondente • Le grandezze sommate sono generalmente correnti (possono essere sommate facendole convergere in un nodo), ottenute da Resistenze pesate Rete a scala Rete a scala I R 2I R 2R VR I I = VR/2R I Rete a scala I R 2I R 2R 2R VR I/2 R I I = VR/2R I/2 I/2 Rete a scala I R 2I I I = VR/2R I/4 R 2R 2R 2R VR I/2 R I/2 I/8 R 2R I/4 R I/8 Rete a scala • La rete a scala puó essere espansa a piacere • Usa solo resistenze di valore R e 2R • Per inserirla in un convertitore D/A occorre deviare le correnti verso massa o verso un nodo di somma, a seconda dello stato di ciascun bit Rete a scala 2I VR 2R 2R 2R I R R I R I/2 R 2R I/4 R I/8 ITOT Sistemi di conversione A/D e D/A - 2 • Caratteristica I/O di un convertitore D/A • Errori statici e dinamici • Circuiti per convertitori D/A – – – – Convertitore potenziometrico Convertitori a grandezze pesate Reti a scala Convertitori indiretti
