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Convertitori analogico-digitali (ADC)
I convertitori consentono di valutare l'ampiezza di una V applicata al loro ingresso. Il valore fornito è un numero da cui si può risalire alla V applicata. I parametri per valutare l'accuratezza di un convertitore ADC sono molteplici:
-Accuratezza
-Tempo di misurazione
-Complessità circuitale
-Automazione della misurazione
-Costo
-Evoluzione

Esistono diversi tipi di convertitori ADC:
-Spot
--Flash, forniscono un'uscita dipendente dall'ingresso applicato. Esistono convertitori di questo tipo con diversi intervalli di campionamento e con diversa risoluzione. La tensione da misurare  viene fatta passare attraverso una serie di comparatori, uno per livello di uscita. Questo tipo di convertitore è molto veloce (il tempo totale è dato dal tempo di comparazione, sommato al tempo di codifica), è molto costoso e ha una bassa impedenza di ingresso.
--Ad approssimazioni successive. Il principio di funzionamento si basa sul confronto della tensione di ingresso con la tensione generata da un convertitore digitale/analogico (DAC). Si inizia da metà scala, si incrementa o decrementa il codice del DAC di un valore pari a metà del passo precedente, fino ad ottenere l'approssimazione migliore. I convertitori di questo tipo sono poco costosi e convertono in un tempo massimo dipendente dal numero di bit. Sono più lenti di un convertitore flash e richiede una V di ingresso costante nel tempo.
--Subranging, composti da piccoli convertitori flash in cascata. Sono composti da flash semplici e poco costosi, anche se però sono più lenti.
-Ad integrazione, forniscono un'uscita in base al valore medio dell'ingresso. Eseguono la misura della tensione integrandone il suo valore in una determinato periodo di tempo. L'intevallo di integrazione è scelto in modo da ridurre il contributo del rumore. I tempi variano con il variare della frequenza di rete (multipli 20ms per una frequenza di 50Hz). Valori tipici sono 240ms.
--Integratori a singola rampa. Nei convertitori di questo genere si effettua l'integrale del segnale di ingresso e si restituisce il risultato in base al tempo impiegrato per raggiungere un determinato valore di tensione. Se la tensione di ingresso è costante, la V di ingresso = RCVt/Tt
--Integratori a doppia rampa. In questa tipologia di convertitore viene prima caricato un condensatore per mezzo della tensione di ingresso e poi fatto scaricare. In base al tempo totale di carica e scarica si ottiene il valore della tensione incognita di ingresso. Dopo un tempo di scarica del condensatore pari a Td si ottiene il valore della tensione di ingresso = VrTd/Tu. Con questo metodo bisogna calcolare solo Td e Tu.
--multirampa, detti anche multislope. Questo tipo di convertitore garantisce risoluzioni maggiori con tempo di scarica minori e consistono in rampe di scarica con diversa pendenza messi in sequenza.
--sigma delta. Questa struttura è recente e consente di avere risoluzioni molto elevate. Sono convertitori semplici da costruire e di conseguenza poco costosi. Il principio di funzionamento si basa su un filtro digitale, un integratore reazionato ed un comparatore.

Caratteristiche degli ADC
L'accuratezza di un convertitore ADC viene espressa in base a una serie di parametri, che indicano:
-nonlinearità differenziale (DNL). Indica lo scostamento dalla risposta di un convertitore ideale di un singolo gradino.
-nonlinearità integrale (INL). Indica lo scostamento massimo del convertitore dal valore di un ADC ideale.
-accuratezza statica assoluta. Massimo scarto tra il valore dell'ingresso e il valore che si avrebbe in ingresso con un ADC ideale per avere l'uscita fornita.
-accuratezza statica relativa. Rapporto tra il l'accuratezza statistica assoluta e il full range.
-risoluzione. Nel caso di convertitori unipolari LSB=FS/(2^n), nel caso di bipolari LSB = FS/(2^(n-1)).
-errore di quantizzazione. E' uguale a LSB/2

Dispositivi circuitali dell'ADC
-attenuatore di ingresso (composto da resistori)
-circuiti per la gestione delle operazioni (reset, ...)
-circuiti di codifica e conversione
-driver dei display (multiplexer)
-circuiti di auto test (per controllare l'accuratezza)
-circuiti di interfaccia

Convertitori digitale-analogico (D/A)
Esistono principalmente due tipologie di convertitori D/A:
-a pilotaggio in tensione
-- A resistori pesati. I convertitori D/A di questo tipo sono poco costosi, ma hanno al loro interno resistori molto differenti tra loro. Non hanno un'alta risoluzione.
-- A rete di resistori R-2R. I convertitori di questo genere hanno solo due valori di resistenza, sono facili da integrare, hanno un'impedenza della rete al loro interno circa costante e hanno un'alta risoluzione. Hanno però bisogno di resistori con lo stesso coefficiente di temperatura.
-a pilotaggio in corrente
-- A correnti pesate. I convertitori di questo genere si ottengono usando una rete R-2R. Il problema è che i vari transistor generano correnti differenti, difficili da gestire in caso di circuiti integrati
-- A corrente di un solo valore. Hanno anch'essi una rete R-2R, ma riescono ad essere facilmente integrabili.

Caratteristiche dei D/A
-Risoluzione, minimo codice digitale per cui si ha variazione nell'uscita. Risoluzione di n bit, significa 2^n livelli.
-Accuratezza, differenza tra l'uscita realizzata e quella attesa. L'incertezza intrinseca di quantizzazione (espressa come LSB) è un'indicazione che fornisce il numero di bit significativi della corrente o della tensione in uscita.
-Linearità, è la massima deviazione della retta interpolante che deve essere definita. La retta può essere zero based (passa per l'estremo inferiore e rende minimo lo scarto massimo), end point (passa per gli estremi), indipendent (rende minimo lo scarto), least squares (utilizza il metodo dei minimi quadrati sugli scarti).
-Incertezza di guadagno, data dall'operazionale.E' recuperabile con un trimmer.
-Incertezza di zero, data dall'amplificatore operazionale.
-Rumore, normalmente a forma gaussiana.
-Monotonicità, nel caso in cui l'uscita cresce o rimane costante al crescere dell'ingresso.
-Sensitività dell'alimentazione, indica la variazione dell'uscita al variare delle variabili di influenza (zero-temperatura)
-Stabilità, insensibilità di alcune grandezze
-Caratteristiche dinamiche, come il tempo di assestamento (tempo richiesto per rimanere entro una frazione del valore finale), lo switching time (tempo per variare stato) e lo slew rate (massimo cambiamento accettato nel tempo).

Per le immagini Ringraziamo ©telstar