# Elettronica applicata/Conversione A/D

Elettronica applicata
Copertina Tutti i moduli · Sviluppo
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** Pilotaggio di lineeElettronica applicata/Pilotaggio di linee
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** Protocolli di busElettronica applicata/Protocolli di bus
** Collegamenti serialiElettronica applicata/Collegamenti seriali
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** Integrità di segnaleElettronica applicata/Integrità di segnale
* Sistemi di acquisizione dati
** Sistemi di conversione A/D e D/AElettronica applicata/Sistemi di conversione A/D e D/A
** Convertitori D/AElettronica applicata/Convertitori D/A
** Conversione A/DElettronica applicata/Conversione A/D
** Convertitori pipeline e differenzialiElettronica applicata/Convertitori pipeline e differenziali
** Condizionamento del segnaleElettronica applicata/Condizionamento del segnale
** FiltriElettronica applicata/Filtri
* Alimentatori e regolatori
** Sistemi di alimentazioneElettronica applicata/Sistemi di alimentazione
** Regolatori a commutazioneElettronica applicata/Regolatori a commutazione
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## Errori

Un convertitore analogico/digitale (A/D) lineare ha la seguente caratteristica ideale:

### Categorie di errori

* errori statici: riguardano il comportamento a regime, cioè con segnale di ingresso costante;
* errori dinamici: riguardano il comportamento in transitorio, cioè con segnale di ingresso variabile.

### Errori statici
#### Errori lineari

Gli errori statici lineari si ricavano dal confronto tra la caratteristica ideale e la miglior retta approssimante:
* errore di offset $\varepsilon _{o}$: è pari all'intercetta sull'asse D della retta approssimante:
    ${\begin{cases}{\text{ideale: }}D(0)=0\\{\text{reale: }}D(0)=V_{\text{off}}\end{cases}}\Rightarrow \varepsilon _{o}=V_{\text{off}}$
* errore di guadagno $\varepsilon _{g}$: è pari alla differenza tra la pendenza della caratteristica ideale e quella della retta approssimante:
    ${\begin{cases}{\text{ideale: }}D(A)=KA\\{\text{reale: }}D(A)=KA+\Delta KA\end{cases}}\Rightarrow \varepsilon _{g}={\frac {\Delta K}{K}}$
Gli errori statici lineari si possono compensare tramite un'opportuna taratura del circuito.

#### Errori di nonlinearità

* errore di nonlinearità integrale $\varepsilon _{\text{nli}}$: è il massimo scostamento della caratteristica reale dalla retta approssimante considerando il grafico complessivo;
* errore di nonlinearità differenziale $\varepsilon _{\text{nid}}$: preso un LSB, è lo scostamento della caratteristica reale dalla caratteristica ideale:
    $\varepsilon _{\text{nid}}=A_{D}-A_{D}'$
** errore di codice saltato/mancante: l'errore di nonlinearità differenziale è maggiore di 1 LSB a causa di un valore digitale saltato.

### Errori dinamici
#### Tempo di conversione

Il tempo di conversione è il ritardo dal momento in cui viene applicato l'ingresso $A$ al momento in cui l'uscita $D$ è commutata a un valore stabile. È dovuto ai ritardi dei circuiti logici interni.

## Convertitori standard di base
### Parametri di classificazione

* complessità: è legata al numero di comparatori utilizzati;
* tempo di conversione: è legata al numero massimo di cicli di clock richiesti per eseguire una conversione.
Convertitori veloci sono più complessi e più costosi, convertitori semplici ed economici sono più lenti → a seconda dell'applicazione si può scegliere di ottimizzare un parametro o l'altro.

### Convertitore flash parallelo

A ogni soglia corrisponde un comparatore non invertente: ogni comparatore confronta l'ingresso analogico A con la soglia ricavata tramite resistenze da una tensione di riferimento $V_{R}$, e riporta in uscita 0 se questa è inferiore alla soglia o 1 se superiore → tutti i comparatori al di sotto del livello analogico di ingresso riportano in uscita 1, mentre al di sopra riportano 0. Un codificatore M-N converte questa codifica termometrica ($M=2^{N}-1$ bit) in codica binaria ($N$ bit).

#### Parametri

* molto veloce: è composto da un solo livello di circuiti logici → ritardo di propagazione minimo pari a 1 ciclo di confronto;
* molto complesso: occorrono $M=2^{N}-1$ comparatori → costoso.

### Convertitore a inseguimento

L'uscita D viene convertita in un segnale analogico A' da un convertitore D/A in reazione, in modo che un comparatore non invertente possa confrontarla con l'ingresso A, quindi un contatore a ogni colpo di clock incrementa o decrementa D di 1 LSB fino a quando il segnale di reazione A' non raggiunge la migliore approssimazione dell'ingresso A:
* se A' < A il contatore viene incrementato;
* se A' > A il contatore viene decrementato.
* Inseguimento con segnale costante
* Inseguimento con segnale variabile

#### Parametri

* molto lento: nel caso peggiore occorrono $2^{N}$ cicli di confronto per convertire $N$ bit;
* semplice: richiede un solo comparatore → economico.

### Convertitore ad approssimazioni successive

A ogni colpo di clock si determina il valore di un bit consecutivamente a partire dal MSB fino al LSB: l'ingresso A viene ogni volta confrontato con la metà del campo rimasto (inizialmente il campo è pari al fondo scala $S$):
* se A si trova nella metà inferiore del campo rimasto, il bit corrente è posto a 0 e la metà inferiore è assunta come campo corrente;
* se A si trova nella metà superiore del campo rimasto, il bit corrente è posto a 1 e la metà superiore è assunta come campo corrente.

#### Parametri

* lento: nel caso peggiore occorrono $N$ cicli di confronto per convertire $N$ bit;
* semplice: richiede un solo comparatore → economico.

## Note

* ↑ Poiché è difficile quantificare il numero di elementi elettrici elementari come transistori e resistenze, si considerano blocchi funzionali di più alto livello.
* ↑ Il ritardo del codificatore M-N è trascurabile.