interruttore aperto

CIRCUITI DI SAMPLE & HOLD
1
Fondamenti di elettronica
LIMITI DOVUTE ALLA VARIAZIONE DEL SEGNALE
1 LSB
Segnale
analogico da
convertire
VX
Il segnale analogico VX da
convertire NON deve variare il
suo valore di più di 1 LSB
Tconv
Tconv
1/16
VFS
1 LSB
10 mV
Esempio : ADC ad approssimazioni successive
a 10 bit e fck=1MHz, accetta sinusoidi
a piena dinamica (0÷10V) con
frequenza massima
f in
max
≅ 16Hz
pur con Tconv=10µs (fsampl=100kHz) !
Tconv=10 µs
2
Teorema di campionamento : f in =
Fondamenti di elettronica
f sampl
2
L’IDEA DEL CAMPIONAMENTO e MANTENIMENTO
Tconv
VALORE DA
CONVERTIRE
1 LSB
FASE DI
CAMPIONAMENTO
(sampling)
FASE DI
MANTENIMENTO
(holding)
Tconv
f sampl
max
≅
1
Tconv
Comandi di campionamento
3
Fondamenti di elettronica
SCHEMA DI PRINCIPIO DI UN “SAMPLE & HOLD”
R
Vth
Circuito
equivalente che
fornisce il segnale
analogico in
INGRESSO
4
VB
VIN
CH
+
VU
ADC
Buffer di
tensione
Sample & Hold
Fondamenti di elettronica
SAMPLING & HOLDING
Fase di sampling :
VIN
Q
VB
VU
-
VIN
+
VIN
CH
Fase di holding :
Q
VU ≡VIN
+
CH
5
VIN FISSA
Fondamenti di elettronica
INTERRUTTORI A MOSFET
VIN
VD
S
- - - D
G
Quando VG>VS, VD si ha
canale conduttivo tra S e D
(interruttore chiuso)
VG>VS,VD
VIN
VD
S
D
G
Quando VG<VS, VD NON
c’è canale tra S e D
(interruttore aperto)
VG<VS,VD
Il transistore nMOSFET lavora in zona ohmica (interruttore chiuso) o
in zona di interdizione (interruttore aperto)
6
Fondamenti di elettronica
FASE di SAMPLING
Il MOSFET, quando chiuso, presenta una resistenza di
ron, che limita la velocità di carica di CH
S - - - D
G
Rth
Vth
VIN
ron
VCH
Esempio:
Rth=0Ω, ron=100Ω,
CH=100pF
τ=10ns.
VU
+
CH
VCH
VIN
Costante di tempo
τ=(Rth+ron).CH
t
τ
Dopo t=7τ, VCH si è
attestato a meno di
1/1000 del valore
asintotico.
Per caricare CH velocemente ci vorrebbe ron piccola (ma è difficile < 10Ω) e CH piccola.
7
Fondamenti di elettronica
FASE di HOLDING
VIN
Ileak
Ibias
VU
+
VCH
Un MOSFET reale, benchè aperto,
ha una corrente di perdita lungo il
Ileak
CH
In un OP.AMP. reale
vi è una Ibias
Varia la carica immagazzinata
H
Esempio: CH=100pF, Ileak=100pA e Ibias=1nA.
Nel tempo di conversione dell’
Tconv=10µs) → ∆QCH=2.10-14C , che comporta una
variazione di VCH di : ∆VCH= ∆QCH/CH=200µV
8
Fondamenti di elettronica
INIEZIONE DI CARICA TRAMITE Cgd
∆VCH = ∆VG ⋅
Cgd
Cgd + C H
-
VIN
VU
+
CH
∆VG
Cgd
VCH
VG
Esempio: Se si vuole limitare ∆VCH ad 1/10.000 del fondo scala (10V) dell’ADC, cioè a 1mV,
se Cgd=100fF e ∆VG=10V
CH=1nF !
9
Fondamenti di elettronica
CONFIGURAZIONE RETROAZIONATA di S&H
VIN
VU ≡VIN
-
-
+
+
CH
VCH =VIN
VG
• Grandissima precisione nella fase di campionamento
• Nessun miglioramento nella fase di holding
10
Fondamenti di elettronica
ELEVATA VELOCITA’ di CAMPIONAMENTO
VU < VIN
VIN
+15
-
V≅15V
+
+
CH
-15
VG
Se ron fosse trascurabile, la
corrente I sarebbe limitata solo
11
VU
VCH
La tensione raggiunge più
velocemente il valore VIN
Fondamenti di elettronica