Sistemi di conversione A/D/A

ELETTRONICA II
Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino
Parte F: Conversione A/D e D/A
Lezione n. 28 - F - 5:
Circuiti di Sample-Hold
Riferimenti al testo
• Millman-Grabel:
Cap. 16: Signal conditioning and
data conversion
16.1:Sample-and-hold systems
Descrizione funzionale
• Scopo del modulo di Sample/Hold
è campionare il segnale di ingresso
(Sample), e mantenerlo costante per
il tempo di conversione.
• Un esempio di questa operazione è
stato visto nell’esperienza di
laboratorio della lezione 24.
Esperienza di laboratorio
• Segnale continuo e
campionato/mantenuto da esercitazione
abbinata a lezione 24
Circuito di S/H
½TL082
½TL082
CD4066
VO
VI
10nF
VC
VI
f=800Hz
VC
5V
-5V
VCC = ±5V
90µs
10µs
Schema funzionale di S/H
segnale di
uscita
(campionato)
segnale di
ingresso
(analogico)
S/H
VI
segnale di
comando
(binario)
VC
VO
Segnale campionato
A
TS
t
Segnale campionato e mantenuto
A
t
Segnale inseguito e mantenuto
A
t
Segnale inseguito e mantenuto
Hold
Sample
A
t
Convertitori A/D e D/A - 5
• Definizione funzionale di
Sample/Hold
• Classificazione degli errori
• Circuiti base per Sample/Hold
• Interruttori elettronici
Fasi di funzionamento
• Sample (track)
segue l’andamento del
segnale di ingresso
• Hold
mantiene l’ultimo valore
presente nella fase di
sample
• transitorio da Sample a Hold
• transitorio da Hold a Sample
Segnale campionato e mantenuto
Hold
Sample
S
H
S
H
S
H
A
t
S-H
H-S
S-H
H-S S-H
Fase di sample
• Per A = 1, uscita uguale all’ingresso
• Errori simili a quelli di un voltage
follower (o di un qualsiasi amplificatore
in linearitá):
errore di guadagno
errore di offset
(errori di non linearitá)
slew rate
εG
εO
Transitorio Sample-Hold
• Il comando viene eseguito con ritardo:
tempo di apertura: tA
jitter di apertura: ∆tA
• Il valore di tensione immagazzinato è
diverso da quello presente all’istante del
campionamento:
errore di piedestallo εP
• Transitorio di assestamento
Transitorio da Sample a Hold
Hold
Sample
S
H
tA + ∆tA
A
εP
t
Fase di Hold
• Il livello in uscita dovrebbe restare
costante
La tensione in uscita varia
errore di DECADIMENTO
• Il segnale di ingresso modifica l’uscita
errore di FEEDTHROUGH
• Il dielettrico conserva memoria della
polarizzazione precedente
POLARIZZAZIONE DIELETTRICA
Transitorio Hold-Sample
• L’uscita dovrebbe riportarsi
istantaneamente al nuovo valore del
segnale di ingresso
• In un circuito reale, l’uscita si porta entro
una determinata fascia d’errore rispetto al
segnale di ingresso con un ritardo detto
TEMPO DI ACQUISIZIONE
Convertitori A/D e D/A - 5
• Definizione funzionale di
Sample/Hold
• Classificazione degli errori
• Circuiti base per Sample/Hold
• Interruttori elettronici
Circuito base
SW
VI
VO
C
VC
SW: interruttore di campionamento
C:condensatore di mantenimento (memoria)
Errori nel circuito base
• Partizione tra RG e RL:
errore di guadagno
• Il condensatore si scarica sul carico:
errore di decadimento
• Carica del condensatore attraverso RON:
aumenta il tempo di acquisizione
• Parametri parassiti di SW:
errori di feedthrough e piedestallo
Circuito con Voltage Follower
SW
VO
VI
C
VC
isola C
dal carico
Circuito con Voltage Follower
SW
VO
VI
isola l’ingresso
da SW-C
C
VC
isola C
dal carico
Circuito S/H del laboratorio
½TL082
½TL082
VI
CD4066
SW
VC
VCC = ± 5V
VO
C
10nF
Spostamento della reazione
VI
SW
VO
C
VC
Errori di offset e di guadagno pari alla somma
degli errori dei due Voltage Follower
Spostamento della reazione
VI
SW
VC
L’interruttore rimane entro
l’anello del primo VF
VO
C
Spostamento della reazione
VI
SW
VC
Tutto il sistema diventa
un unico Voltage Follower
VO
C
Varianti al circuito con V.F.
• Reazionare il II operazionale in
modo da avere un guadagno > 1 (al
limite anello aperto)
• Inserire altri interruttori per evitare
la saturazione del primo
operazionale
• Reazionare tutto il circuito per un
guadagno > 1
Sample-Hold a integratore
R
C
R
VI
SW
VC
VO
Sample-Hold a integratore
R
C
R
VI
Amplificatore con
guadagno = -1:
VO = - VI
VO
S/H a integratore non invertente
C
VI
SW
VO
VC
A interruttore chiuso
tutto il sistema è un
unico Voltage Follower
A interruttore aperto il
condensatore mantiene
costante la carica
Origine degli errori
• Errore di guadagno εG:
guadagno ad anello aperto
tolleranze delle resistenze di reazione
• Errore di offset εO:
offset degli operazionali
• Decadimento
corrente di perdita degli interruttori
corrente di polarizzazione degli operazionali
• Piedestallo, feedthrough, polarizzazione dielettrica
parametri parassiti degli interruttori,condensatore
Sistemi di Sample/Hold
• Definizione funzionale di
Sample/Hold
• Classificazione degli errori
• Circuiti base per Sample/Hold
• Interruttori elettronici