ELETTRONICA II - Politecnico di...

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 1 - 14/11/97

ELETTRONICA II

Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino

Parte F: Conversione A/D e D/A

Lezione n. 26 - F - 3:

Convertitori A/D

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 2 - 14/11/97

Rete a scala

VR

R

2R 2R 2R 2R

R R R

R

I

I I/2 I/4 I/8

2I

MSB

ITOT

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 3 - 14/11/97

Rete a scala

VR

R

2R 2R 2R 2R

R R R

R

I

I I/2 I/4 I/8

2I

ITOT

MSB

00 11

ITOT = I/2 + I/8

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 4 - 14/11/97

Deviatori di tensione e di corrente

• Nel circuito precedente sono usati interruttoriche deviano una corrente tra due punti allostesso potenziale.

• Scambiando il punto in cui è applicata latensione di riferimento e quello in cui èprelevata la corrente di uscita si ottiene unarete a scala con deviatori di tensione

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Rete a scala con deviatori di tensione

VR

R

2R 2R 2R 2R

R R R

R

I

I I/2 I/4 I/8ITOT

i deviatori commutano tra massa e VR

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Parametri di un convertitore D/A

• Precisione e risoluzione

espresse in numero di bit

8 bit; 256 valori; 1 LSB = 0,4 %10 bit .... 0,1 %

• Tempo di assetto

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Valori tipico dei parametri

• Numero di bit:

8 ... 10 .... 18 ..... 20

• Tempo di assetto

10 µs .. 1 µs ... 10 ns

• Velocitá e precisione sono parametri incontrasto

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Esperienza di laboratorio

• Convertitore D/A con rete a scala

• Errori di non linearitá differenziale

• Glitch

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Convertitore D/A

R=50kΩ

VO2R2R2R2R2R

R R

2R

VR

MSB

Uscite circuito CMOS

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Convertitore D/A (6 bit)

ContatoreUp/Down

Rete a scalae amplificatore

Clk

Up/Down

VA

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

C

U/D

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Glitch

• Se la commutazione di un bit ha velocità diver-sa da quella degli altri, si ha il passaggio perstati digitali non voluti che sull’uscita analogicasi presentano come brevi impulsi o “glitch”

Es. 011111000000100000

bit “lento”

transizione volutaglitch

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Sistemi di conversione A/D e D/A - 3

• Caratteristica I/O di un convertitore A/D

• Errori statici

• Circuiti per convertitori A/D

Convertitore parallelo

Convertitori con D/A in reazione

Logica ad approssimazioni successive

Convertitori misti e indiretti

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Riferimenti al testo

• Millman-Grabel:Cap. 16: Signal conditioning and

data conversion 16.5:Analog-to-digital converters

• Nicoud:Cap. 6: Interfacce di ingresso/uscita

6.2.6: Convertitore A/D

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Caratteristica di conversione A/D

0 S

01

M

2

D(digitale)

A(analogica)

1 LSB

AD

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Caratteristica ideale

0 S0

D

A

caratteristica ideale

M

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Caratteristica reale

0

caratteristica ideale

caratteristica reale

0 S

D

A

M

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Fascia di non-linearitá

0

caratteristica ideale

caratteristica reale

miglior rettaapprossimante

fascia di non-linearita’

0 S

D

A

M

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Classificazione degli errori statici

• Errori lineari

errore di guadagno εG

errore di offset εO

• Errori di non linearitá

non-linearitá assoluta εLA

non-linearitá differenziale εLD

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Errore di non-linearitá assoluta

0

caratteristica reale

fascia di non-linearita’

miglior rettaapprossimante

0 S

D

A

M

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Errore di non linearitá differenziale

• I gradini della caratteristica di conversionedovrebbero avere larghezza AD (A’’D, facendoriferimento alla retta approssimante)

• Nella caratteristica reale i gradini hannolarghezza A’D , diversa da AD.

• La differenza AD - A’D è l’errore di

NON LINEARITA’ DIFFERENZIALE

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Caratteristica ideale

0

A’’D miglior rettaapprossimante

0 S

D

A

M

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Caratteristica reale

0

caratteristica reale

A’D miglior rettaapprossimante

0 S

D

A

M

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Errore di “missing code”

• In presenza di forte non-linearitá differenziale,un gradino puó essere totalmente assorbito daquelli adiacenti.

• Il codice corrispondente al gradino eliminatonon è mai presente in uscita:

MISSING CODE

(codice mancante)

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Codice mancante

0

A’D1

0 S

D

A

MA’D2

caratteristica reale

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Codice mancante

0

caratteristica reale

A’D1

0 S

D

A

MA’D2

livello mancante

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Parametri dinamici

• L’operazione di conversione da analogico adigitale richiede un certo tempo:

TEMPO DI CONVERSIONE

• Il convertitore riceve un comando di “inizioconversione” (Conversion Start - CS), erisponde, dopo il tempo di conversione con unsegnale “End Of Conversion” (EOC)

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Sistemi di conversione A/D e D/A - 3

• Caratteristica I/O di un convertitore A/D

• Errori statici

• Circuiti per convertitori A/D

Convertitore parallelo

Convertitori con D/A in reazione

Logica ad approssimazioni successive

Convertitori misti e indiretti

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 28 - 14/11/97

Classificazione dei convertitori A/D

• Parallelo (flash)

• Approssimazioni successive

• Inseguimento (tracking)

• Rampa

.

Precisione

Velocitá

Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo F a - 6 n. 29 - 14/11/97

Convertitori parallelo

VR

-+

-+

-+

-+

A

D

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Convertitori parallelo

VR

-+

-+

-+

-+

A

Codificain uscita(lineare)

0

1

1

0

livelloanalogicodi ingresso

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Convertitori parallelo

VR

-+

-+

-+

-+

A

0

1

1

0

Codificatore M-N

M = 2N N

M-Nenc.