1 Fondamenti di elettronica ESEMPI DI ARCHITETTURE DI DAC.
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1 Fondamenti di elettronica
ESEMPI DI ARCHITETTURE DI DAC
2 Fondamenti di elettronica
DAC A RESISTENZE PESATE
D1 D2 D3
R +
-
-VREF
2R 4R
R/2
S1 S2 S3
V0
D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE
Dn
2n-1R
Sn
Caso di DAC a n=10 bit :
se R=5k 2n-1R=2.5M !
Configurazione limitata a n < 8
USCITA ANALOGICA
3 Fondamenti di elettronica
ERRORI DI LINEARITA’ DIFFER. E INTEGR.
Dipendono da :
• resistenze serie degli interruttori
• tensione VDSon ai capi dell’interruttore MOSFET
• non perfetto rapporto tra le resistenze (R, 2R, 4R,…, 2n-1R)
S3
2n-1R4R
Sn-1
+
-
R/2
VDSon
-VREF
4 Fondamenti di elettronica
ALTRI ERRORI
D1 D2 D3
R +
-
2R 4R
R/2
V0
Dn
2n-1R+
-
RREF
V
Tensione effettiva diversa al variare del codice D1D2…Dn
VREF
• La corrente erogata dal generatore VREF dipende dal codice di ingresso ERRORE DI SOVRAPPOSIZIONE.
• Errori introdotti dalle non-idealità dall’operazionale (Ibias, Voffset, ecc.)
5 Fondamenti di elettronica
DAC A CAPACITA’ PESATE
D1 D2 D3
C +
-
4C 2C
2C
S1 S2 S3
V0
D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE
Dn
2n-1C
Sn
+
-
V0
Vin
C1C2
Q1=VinC1
+ -
Q2=VinC1
Vin
V2=Q2/C2
2
1
in
o
C
C
V
VG
-VREF
6 Fondamenti di elettronica
CONVERTITORI DAC a SCALA R-2R
+
-
VREF
R
V0
D1, D2 , D3 … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE
2R
D1
1
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2R
MSB LSB
7 Fondamenti di elettronica
RESISTENZE MOSTRATE DA UNA RETE A SCALA R-2R
+
-
VREF
R
V0
2R
D1
1
2R
Dn-2
2R
Dn-1
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2R
2R2R2R
Terra virtuale
Terra reale
• Resistenze verso massa a dx dei nodi sempre uguali a 2R qualunque sia il codice
8 Fondamenti di elettronica
RAMI CON CORRENTI A PESO BINARIO
VREF
2R
D11
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2RR2
VI ref1
2
I14
I11n
1
2
I
2
I11I
1n
n23
12
01ref
n1n321ref
u2
D...
2
D
2
D
2
D
R2
VD
2
1...D
4
1D
2
1D1
R2
VI
nn
33
22
11ref
u2
D...
2
D
2
D
2
D
R
VI
uI
1n1
2
I
9 Fondamenti di elettronica
FUNZIONE DI TRASFERIMENTO
+
-
Vref
R
V0
D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE
2R
D1
1
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2R
uI
nrefnn
33
22
11
refuo2
NV
2
D...
2
D
2
D
2
DVRIV
10 Fondamenti di elettronica
D3
ALTRE CARATTERISTICHE
Vref
R
VI reftot
2R
D1
2R
D2
2R 2R
Dn
R R R
2RR2
VI ref1
2
I14
I1n
I1
1I
• Assenza di errori di sovrapposizione
Itot =I1+I1, sempre uguale qualunque sia il codice
• Giocano un ruolo le resistenze di on dei deviatori, l’accuratezza di Vref e l’offset dell’operazionale.
11 Fondamenti di elettronica
CONVERTITORI DAC a SCALA 2C-C
+
-
VREF
2C
V0
D1, D2 , … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE
C
D1
1
C
D2
C
D3
C
Dn
2C
1 1 10 0 0 0
2C 2C
C
12 Fondamenti di elettronica
DAC a PARTITORE DI TENSIONE-VR
+
-
V0
D1
MSB
D2D3
LSB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
BIT di CONTROLLO
R
R
R
R
R
R
R
R
nR
2
V
1 LSB
D1D2D3 Int.chiusi
000 1,9,13
001 2,9,13
010 3,10,13
011 4,10,13
100 5,11,14
101 6,11,14
110 7,12,14
111 8,12,14
13 Fondamenti di elettronica
PROPRIETA’ del DAC a PARTITORE
• Intrinseca MONOTONICITA’ della conversione
• Numero di bit limitato a ~12 (resistori di valore elevato che occupano grande area)
• Errori dovuti a Ibias dell’operazionale e perdite degli interruttori
14 Fondamenti di elettronica
DAC a USCITA BIPOLARE
+VR
+
-
V0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
R
R
R
R
R
R
R
R
• I DAC possono essere resi bipolari, con l’uscita analogica che assume sia valori positivi che negativi, mediante semplici accorgimenti circuitali.
• DAC a partitore resistivo:
nR
2
V21 LSB
-VR
15 Fondamenti di elettronica
VBIAS = VREF
DAC a SCALA R-2R con USCITA BIPOLARE
+
-
-VREF
R
V0
2R
D1
1
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2R
R2
VI REF 2R
16 Fondamenti di elettronica
CODICI per DAC BIPOLARI
7/8 VFS 11110111 01113/4 11100110 01105/8 11010101 01011/2 11000100 01003/8 10110011 00111/4 10100010 00101/8 10010001 0001+0 10000000 0000-0 assente1111 1000-1/8 01111110 1001-1/4 01101101 1010-3/8 01011100 1011-1/2 01001011 1100-5/8 00111010 1101-3/4 00101001 1110-7/8 00011000 1111-8/8 VFS 0000
Codice segno-valoreCodice binario traslato
Stessocodice
Codice complementare
Codice complemento a 1
Uscita
17 Fondamenti di elettronica
DAC MOLTIPLICATORI
+
-
Vref
R
V0
D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE
2R
D1
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
2R
n
1iii
refo2
DVV
• Variano sia Vref che la parola digitale D1D2…Dn
MOLTIPLICAZIONE
18 Fondamenti di elettronica
TIPI DI MOLTIPLICATORI
Vref
D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE
Si possono avere moltiplicatori a 1 quadrante (Vref e codice unipolari), a 2 quadranti (Vref o codice bipolari), a 4 quadranti (Vref e codice bipolari).
19 Fondamenti di elettronica
ESEMPI DI APPLICAZIONE DEI DACe/o delle loro parti costitutive
20 Fondamenti di elettronica
AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE (DAC 0830 datasheets)
+
-
VREF
R
V0
2R
D11
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2R
VINIngresso del segnale analogico
Chiusura della retroazione
Parola digitale che definisce il guadagno
21 Fondamenti di elettronica
AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE
+
-
VREF
R
V0
2R
D1
1
2R
D2
2R
D3
2R
Dn
R R R
1 1 10 0 0 0
2R
VIN
R
Vi inin
nn
33
22
11ref
u2
D...
2
D
2
D
2
D
R
VI
uI
22 Fondamenti di elettronica
ESPRESSIONE del GUADAGNO DELL’AMPLIFICATORE
nn
33
22
11refin
2
D...
2
D
2
D
2
D
R
V
R
V
n2
N
nrefin2
NVV
N
2VV
n
ino
• Uguagliando le due correnti … :
• … si ottiene il guadagno dell’amplificatore :
Con DAC a 8 bit, si ottiene un amplificatore con –1<G<-256 a passi unitari.
Codice 00000… non ammesso!
23 Fondamenti di elettronica
RESISTENZE VARIABILI e POTENZIOMETRI
yyx
R RRR
VV
Simbolo circuitale
Resistore variabile0 < Rx < Rmax
RXRmax
Partitore variabile
Esempio di realizzazione
VR
RX
RY
V
Vite senza fine
A
A
B
B
24 Fondamenti di elettronica
POTENZIOMETRI DIGITALI
VA
VB
V0
V0
D1D2D3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
R
R
R
R
R
R
R
R
nR
2
V
VA
VB
25 Fondamenti di elettronica
POTENZIOMETRI DIGITALI : VANTAGGI e SVANTAGGI
•Assenza di usura meccanica; Insensibilità alle vibrazioni
•Tempi di regolazione più rapidi
•Facilità e certezza di riproduzione della posizione del “cursore”
•Si integrano bene con sistemi a microcontrollore
Vantaggi:
Svantaggi:
•Limitate tensioni applicabili
26 Fondamenti di elettronica
CONTROLLO DIGITALE DEL GUADAGNO
+
-
VIN
A B
POTENZIOMETRO DIGITALE
RA RB
inA
Bu V
R
RV D1…D2
GUADAGNO VARIABILE
DIGITALMENTE
Il guadagno varia in modo quasi logaritmico al variare del codice digitale
27 Fondamenti di elettronica
CONTROLLO PROGRAMMABILE dei TONI
+
-VIN VU
R1
R2
R1
R2
C1
RDAC2
RDAC1
C2
11DACLB CR2
1f
22DACHB CR2
1f