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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


Rete a scala

VR

R

2R 2R 2R 2R

R R R

R

I

I I/2 I/4 I/8

2I

MSB

ITOT


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


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


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


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


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


Esperienza di laboratorio

• Convertitore D/A con rete a scala

• Errori di non linearitá differenziale

• Glitch


Convertitore D/A

R=50kΩ

VO2R2R2R2R2R

R R

2R

VR

MSB

Uscite circuito CMOS


Convertitore D/A (6 bit)

ContatoreUp/Down

Rete a scalae amplificatore

Clk

Up/Down

VA

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

C

U/D


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


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


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


Caratteristica di conversione A/D

0 S

01

M

2

D(digitale)

A(analogica)

1 LSB

AD


Caratteristica ideale

0 S0

D

A

caratteristica ideale

M


Caratteristica reale

0


caratteristica reale

0 S

D

A

M


Fascia di non-linearitá

0



miglior rettaapprossimante

fascia di non-linearita’

0 S

D

A

M


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


Errore di non-linearitá assoluta

0


fascia di non-linearita’

miglior rettaapprossimante

0 S

D

A

M


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


Caratteristica ideale

0

A’’D miglior rettaapprossimante

0 S

D

A

M


Caratteristica reale

0


A’D miglior rettaapprossimante

0 S

D

A

M


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)


Codice mancante

0

A’D1

0 S

D

A

MA’D2



Codice mancante

0


A’D1

0 S

D

A

MA’D2

livello mancante


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)


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


Classificazione dei convertitori A/D

• Parallelo (flash)

• Approssimazioni successive

• Inseguimento (tracking)

• Rampa

.

Precisione

Velocitá


Convertitori parallelo

VR

-+

-+

-+

-+

A

D



VR

-+

-+

-+

-+

A

Codificain uscita(lineare)

0

1

1

0

livelloanalogicodi ingresso



VR

-+

-+

-+

-+

A

0

1

1

0

Codificatore M-N

M = 2N N

M-Nenc.

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