Elettronica Per Le Telecomunicazioni - Politecnico Di Torino

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Elettronica per le telecomunicazioniConversioneAnalogico/Digitale eDigitale/AnalogicoElettronica per telecomunicazioniC.2 - Convertitori D/Aclassificazione errori,parametri dinamiciStrutture baseEsempi di circuiti12Contenuto dell’unità CProcesso di conversione A/DLezione C2Classificazione dei parametri dei convertitori D/A,Campionamento e quantizzazione, errori, SNRerrori lineari: guadagno e offsetnonlinearità integrale e nonlinearità differenzialeparametri dinamiciConvertitori D/Aerrori, tipi base, esempi di circuitiStrutture dei convertitoriConvertitori A/Da grandezze uniformi e a grandezze pesateEsempi di circuitierrori, classificazione, esempi di circuiti,Condizionamento del segnaleamplificatori, filtri, Sample/HoldRiferimenti nel testoConvertitori specialiConvertitori Digitali/Analogicilogaritmici, differenziali, tecniche pipeline34.24Indice della lezione C2Convertitori D/A: parametri ed erroriclassificazione, errori statici linearinonlinearitàparametri dinamiciStrutture di convertitori D/AD/A a grandezze uniformiD/A a grandezze pesaterete a scalaElettronica per telecomunicazioniErrori: differenze tra vari tipi di D/A5Lezione C1 - DDC 200461

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Caratteristica di conversione D/ALa variabile di ingresso (D) è discretaCaratteristica di conversioneSe M 2N è abbastanza altola caratteristica è una sequenza di M 2N puntii punti sono equispaziati e allineatipunti fitti, la caratteristica è una linea continuaAASSD001M2D0M07Errori di un convertitore D/A8Errori statici: analisi in due passiDue categorieLa caratteristica reale non è rettilineaErrori staticiViene tracciata la retta che meglio approssima lacaratteristica realecomportamento a regimeingresso costanteesprimibili nel diagramma (D, A)Le differenze tra caratteristica ideale e realevengono analizzate in due passiErrori dinamicicomportamento in transitoriosegnale di ingresso variabileesprimibili da A(t)910Errori statici: analisi in due passiCaratteristica idealeLa caratteristica reale non è rettilineaAViene tracciata la retta che meglio approssima lacaratteristica realecaratteristicaidealeSLe differenze tra caratteristica ideale e realevengono analizzate in due passiDa caratteristica reale a retta approssimanteerrori di nonlinearitàDDa retta approssimante a retta ideale0errori lineari: offset e guadagno011Lezione C1 - DDC 2004M122

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Caratteristica realeRetta approssimanteAAcaratteristicaidealeSSmiglior icarealeD00MDM1314Confronto tra retteNonlinearità e retta approssimanteAAcaratteristicaidealeSSfascia dinon-linearita’miglior rettaapprossimantemiglior fronto complessivocaratteristicaidealeé possibile correggerla con due parametriquesto metodo vale per qualunque bloccocon funzione di trasferimento linearefascia dinon-linearita’Errore di Offset (fuori-zero):miglior rettaapprossimantecaratteristicareale00intercetta sull’asse A della retta approssimanteDM17Lezione C1 - DDC 2004Errori lineari: offset e di guadagnoLa retta approssimante non passa per i punti(0,0) e (M,S);AS16183

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Errore di offsetFdt ideale:Errori lineari: offset e di guadagnoLa retta approssimante non passa per i punti(0,0) e (M,S);D 0 A 0Fdt reale:é possibile correggerla con due parametriquesto metodo vale per qualunque bloccocon funzione di trasferimento lineareAper laretta approssimanteD 0 A VoffErrore di Offset (fuori-zero):intercetta sull’asse A della retta approssimanteDVoffErrore di offset:Errore di Guadagno:differenza tra la pendenza della caratteristicaideale e quella della retta approssimanteεo Voff1920Errore di guadagnoFdt ideale:A KDFdt realeAper laretta approssimanteA K’ DK’ K KεgElettronica per telecomunicazioniDErrore di guadagno:εg K/K2122Indice della lezione C2Convertitori D/A: parametri ed erroriNonlinearitá integraleIl massimo scostamento della caratteristica realedalla retta approssimante definisce una fascia diclassificazione, errori statici linearinonlinearitàparametri dinamiciampiezza εnli .εnli è l’errore di nonlinearità integraleStrutture di convertitori D/AD/A a grandezze uniformiD/A a grandezze pesateesempi di circuitil’errore di nonlinearità varia da punto a punto enon può essere compensatoErrori: differenze tra vari tipi di D/A23Lezione C1 - DDC 2004244

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Errore di nonlinearità integraleEsaminiamo un piccolo tratto della caratteristicadi conversioneAErrore di nonlinearitàintegrale (εnli, in LSB)SI punti della caratteristica ideale sono spaziati dieguali intervalli AD (sull’asse A), corrispondenti a1 LSB (asse D)fascia dinon-linearita’Nella caratteristica reale i punti sono spaziati diun intervallo A’D , diverso da ADcaratteristicareale0Errore di non linearitá differenziale0La differenza AD - A’D è lanonlinearità differenzialeDM25Nonlinearitá differenzialeA26Nonlinearità differenzialeL’errore di nonlinearità differenziale èεnld AD – A’Dcaratteristicarealeεnld misura le disuniformità tra gli intervalli ADA’DADSe la non-linearitá differenziale é maggiore di1 LSB, si ha errore dimiglior rettaapprossimanteD00non monotonicità1 LSB27Errore di non-monotonicitá28Nonlinearità differenziale e integraleTracciare la caratteristica di conversione per un D/Ada 4 bit in cui:ASADεnld 1/4 LSB da 0000 a 0111εnld - 1/4 LSB da 1000 a 1111A’DTracciare la caratteristica di conversione per un D/Ada 4 bit in cui:zona con errore dinon-monotonicitáDεnld 1/4 LSB quando LSB 0εnld - 1/4 LSB quando LSB 100Confrontare le due situazioniM29Lezione C1 - DDC 2004305

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Indice della lezione C2Convertitori D/A: parametri ed erroriclassificazione, errori statici linearinonlinearitàparametri dinamiciStrutture di convertitori D/AD/A a grandezze uniformiD/A a grandezze pesateesempi di circuitiElettronica per telecomunicazioniErrori: differenze tra vari tipi di D/A3132Tempo di assettoGlitchNel transitorio l’uscita si puó portare per brevetempo a valori molto diversi da quelli iniziale efinale:Nel transitorio, l’uscita del convertitore D/A impiegaun tempo TS per portarsi al nuovo valore:tempo di assetto (settling time)GLITCHda cosanasconoi glitch?3334Origine dei glitchIl glitch è dovuto alle differenze nei ritardi dicommutazione tra i vari bitSommario degli erroriErrori lineari:guadagno:I ritardi diversi generanostati transitori (ad esempio1111 e 0000 nel passaggioda 0111 a 1000), nonpresenti nella sequenzadi valori originariaεGoffset:εOErrori di non linearitá:NL integrale:εnliNL differenziale:εnldParametri dinamiciQuesti stati forzano l’uscita– per un tempo molto breve –verso lo 0 o il fondo scala S(glitch sulla commutazionedel MSB)tempo di assetto: tSGlitchI glitch sono presenti nelle commutazioni da x0111. x1000; lavariazione è di 1 LSB, ma nel transitorio può comparire uno statoanomalo x0000 o x111135Lezione C1 - DDC 2004366

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Sommario degli erroriErrori lineari:εGguadagno:offset:εOErrori di non linearitá:εnliNL integrale:NL differenziale:εnldParametri dinamicitempo di assetto: tSElettronica per telecomunicazioniGlitchMisurati in% del fondo scala Svalore assoluto, frazione LSB3738Circuiti per convertitori D/AIndice della lezione C2Convertitori D/A: parametri ed erroriTecniche baseclassificazione, errori statici linearinonlinearitàparametri dinamicisomma di termini controllata da DriferimentoStrutture di convertitori D/AGRANDEZZEELEMENTARID/A a grandezze uniformiD/A a grandezze pesateesempi di circuitiD (ingresso digitale)ΣA(uscitaanalogica)Errori: differenze tra vari tipi di D/A3940Circuiti per convertitori D/ATecniche baseSomma di variabili di peso eguale (1) inserite inquantità corrispondente al valore dell’ingressodigitale.somma di termini controllata da DriferimentoGrandezze uniformiD (ingresso digitale)Uscita D * LSBGRANDEZZEELEMENTARIΣ13D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1A(uscitaanalogica)somma di grandezze uniformisomma di grandezze pesate41Lezione C1 - DDC 2004427

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Grandezze uniformiSomma di variabili di peso eguale (1) inserite inquantità corrispondente al valore dell’ingressodigitale.Grandezze pesateSomma di variabili di peso corrispondente allepotenze di 2, inserite o meno a seconda delvalore 1/0 del bitUscita Uscita D * LSB13D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1È una conversione a grandezze uniformiΣ 2i * DiEsempio:13D 1101BPesovalore23113D 2212102018*1 4*1 2*0 1*143Grandezze pesate44Convertitori a grandezze uniformi - 1Somma di variabili di peso corrispondente allepotenze di 2, inserite o meno a seconda delvalore 1/0 del bitUscita Σ 2i * DiEsempio:13D 1101BPesovalore23113D 221210201L’uscita è una corrente IO ottenuta come somma dicorrenti uguali, inserite o no a seconda del valore D.8*1 4*1 2*0 1*1È una conversione a grandezze pesate4546Convertitori a grandezze uniformi - 2ConvertitorepotenziometricoUscita in tensioneL’uscita è una tensioneVu ottenuta comesomma di tensioniuguali, ricavate da unpartitore a catena, in cuila presa è selezionatadal valore D.Elettronica per telecomunicazioni47Lezione C1 - DDC 2004488

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Indice della lezione C2Convertitori D/A: parametri ed erroriConvertitori a grandezze pesateLe grandezze pesate (generalmente correnti) siottengono a partire da una grandezza diriferimento (R), e vengono portate o meno alsommatore da un banco di deviatori comandatidai bit del dato di ingresso Dclassificazione, errori statici linearinonlinearitàparametri dinamiciStrutture di convertitori D/AD/A a grandezze uniformiD/A a grandezze pesateesempi di circuitiErrori: differenze tra vari tipi di D/A49Convertitore a resistenze pesateLe correnti pesate si ottengono con una serie diresistenze (a loro volta pesate)50Convertitore a resistenze pesateUsando deviatori si mantiene costante il caricosul generatore del riferimentoR2R4R2N-1Rproblema: forte dinamica dei valori di R (2N-1)Rimane la forte dinamica dei valori di R (2N-1)51Deviatori di corrente e di tensioneI deviatori commutano tra punti allo stessopotenziale52Deviatori di corrente e di tensioneI deviatori commutano tra punti allo stessopotenzialesono deviatori di correntesono deviatori di correnteReti passive lineari: principio di reciprocitàscambiando ingresso e uscita non cambia larelazione tra V e Ise I1 D(V1), ancheI2 D(V2)permette di generare altre reti di peso/somma53Lezione C1 - DDC 2004549

Elettronica per le telecomunicazioni30/10/2004Deviatori di corrente e di tensioneConvertitori a grandezze pesateDa quella precedente scambiando Iu/Vrdeviatori di tensione: commutano tra punti apotenziale diversostessa relazione I1(V1) e I2(V2)se I1 D(V1), anche I2 D(V2)ancora forte dinamica dei valori di R (2N- 1)5556Deviatori di tensione o di correntecorrenteElettronica per telecomunicazionitensionePer entrambiforte dinamicadei valori di R(R . 2N-1 R)5758Indice della lezione C2Convertitori a grandezze pesateConvertitori D/A: parametri ed errorigenerare la serie di grandezze da sommare (correnti)scalate secondo potenze di 2classificazione, errori statici linearinonlinearitàparametri dinamicidinamica di correnti pari a M 2N-1Le reti di peso viste fino a questo punto richiedonouna dinamica di R pari alla dinamica di correnteStrutture di convertitori D/AD/A a grandezze uniformiD/A a grandezze pesaterete a scaladifficili da realizzare in forma integrataproblemi di precisione e stabilitàLa rete a scala (ladder) permette di ottenere un’ampiadinamica di corrente con due soli valori di resistenza.Errori: differenze tra vari tipi di D/A59Lezione C1 - DDC 2004Rete a scala6010