Presentazione di PowerPoint - Yola

POLITECNICO DI MILANO

www.polimi.it

ELETTRONICAper ingegneria

BIOMEDICA

prof. Alberto TOSI

[email protected] 2ELETTRONICA : 16 - convertitori ADC

Sommario

Convertitori

ADCCaratteristiche

Alcune

architetture

Errori

Prestazioni

dinamiche

e spettrali

Esempi

di dimensionamento


Di cosa si parlerà

R

s1v

Ch1Ch2Ch3Ch4 out

MU

X

s1

DSP

Dat

a ou

t

Prog

ram

OpAmpOpAmp

AD

C

___SoC

Ain

Vref+5VVcc

GND

DA

C

__CE

Aout

Vref Vcc

GNDRAM

Dat

a in

Dat

a In

/Out

Add

ress

Address

+12V

OpAmp

select

µCPA1PA2PA3

PB1PB2PB3

PC1PC2PC3PC4

CE

Usc

ita

D Q

_Ck Q

__Pr

Cl

PA4

INT

Ck ResetQ0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

__R/W

FlipFlop

Counter

+5V

In0SerialCkSerialIn

NMI

Ingr

essi


Analog-to-Digital

Converter

Numero

di bit:

n

8

16

Numero

di livelli:

2n

256

65536

Fondoscala:

Full

Scale

Range

= Vref

-Vlow

5V

5V

Risoluzione:

Least

Significant

Bit

= FSR/2n

19.5mV

76µV

Dinamica:

1/2n

3.90/00

15ppm

A DGNDGND

AV DVcc cc

DigitalOut

V

A

V

CE

SoC

ref

in

low

AnalogInput

D

D

Busy

Valid out

0

n-1


Errori di Linearità

Integrale e Differenziale

Missingcode

DNL e INL


Linearità

Bisettrice

a 45°

Best-linear fitting

111

110

101

100

011

010

001

0001/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8

OutputCode

FSR

111

110

101

100

011

010

001

0001/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8

OutputCode

FSR


ADC flash

AGND

DGNDENCODER

DVcc

REGISTERCE

Digital Out

AVcc

Vlow

Vref

Analog In

R RRR RRRR

Componenti: 2n

resistenze

e 2n

comparatori1 encoder termometrico

Vantaggi:

molto

veloce

(TC

<50ns)ma pochi

bit (n<10)ma offset e corrente

di Bias dei

comparatori


ADC a gradinata

Componenti: 1 DAC e 1 counter1 comparatore

Vantaggi:

precisione

dipende

dal

DACnon molto

veloce

(TC

>100µs)

Q

Q

S

R

D/A

COUNTERClock

Analog Input

DigitalOutput

SoC

EoC

VDAC

VIN

t

t

t

t

EoC

/SoC

Clock

vin

vDAC

Tclock

Tcmax

max

n

Cclock

2Tf

=


ADC SAR (ad approssimazioni successive)

Componenti: 1 DAC e 1 rete

sequenziale

SAR

Vantaggi:

precisione

dipende

dal

DACbit (n=8..14) e veloce

(TC

>10µs)

D/A

LOGIC (SAR)

Analog Input

DigitalOutput

ClkSoCEoC

VDAC

maxCclock

n 1Tf+

=


Temporizzazioni

ADC parallelo:


Data-sheet

out

C S \ shdn : chipselect / shutdow nD : D ataoutM iSO : M asterinSlaveoutSck : Serialclock

ADC seriali

ultra compatti:


Pilotaggio dell’ADC

Condizionamento

del segnale:

adattare

ampiezza

ed

impedenze

470µ

Vs10k

15k

10k

10k

A D C

Vref

Vlow

Analog In

+2V

200Rs

R3

R4

R2

R1

5V

0V


Esempio di dimensionamento

Scopo:misuratore

di temperatura

Specifiche:precisione

0.1oC

temperature

–100oC ÷

+300oC

Scelte:termoresistenza PT100

100Ω

a 20oC

+0.385Ω

ogni

1oC

(61.5Ω ÷ 215.5Ω)discretizzazione

400°C/0.1°C = 4000 = 4096 =212

bit 12LSB 38.5mΩ



ADC a 12bit con impostazione

di Vlow

e Vref

( )( ) ( )

( ) ( )1 1 1in

1 2 1 2 1 2

R 1 toll R 1 toll RV 5V 5V 5V 1 tollR 1 toll R 1 toll R R R R−

± ±= + = + ≅ + ±

± + + +∓

Problema

delle

tolleranze

resistive



ADC a 14bit

Problema

del self-heating



ADC a 14bit con INA per guadagno

Problema

di costi



ADC a 18bit

Economico

e senza

problemi

di calibrazione

18bit


Conclusioni

•

Diverse architetture

e prestazioni

•

Curare gli

errori

ed

i rapporti

SNR

•

Scegliere

bene

l’ADC

e dimensionare

bene

i componenti

… ora

si

può

procedere

con l’

ELETTRONICA DIGITALE

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