Skip to content

Commit

Permalink
feat: Capitolo 10 continuato
Browse files Browse the repository at this point in the history
  • Loading branch information
ilgrandedumbo committed Dec 25, 2024
1 parent 2064780 commit d2284fe
Showing 1 changed file with 168 additions and 1 deletion.
169 changes: 168 additions & 1 deletion Fondamenti di Elettronica/index.md
Original file line number Diff line number Diff line change
Expand Up @@ -1581,4 +1581,171 @@ V \in [V_{SS}; V_{DD}] \equiv FSR - LSB$

$\overline{\varepsilon_Q} = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB} \varepsilon_Q(V) dV = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB} - VdV = -\frac{1}{LSB}\frac{V^2}{2}|_{0}^{LSB} = -\frac{LSB}{2}$

$\varepsilon_{Qeff}^2 = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB} \varepsilon_Q^2(V) dV = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB}(-V)^2 dV = \frac{1}{LSB} \frac{V^3}{3}|_0^{LSB} = \frac{LSB^2}{3}$
$\varepsilon_{Qeff}^2 = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB} \varepsilon_Q^2(V) dV = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB}(-V)^2 dV = \frac{1}{LSB} \frac{V^3}{3}|_0^{LSB} = \frac{LSB^2}{3}$

$\sigma_Q^2 = \frac{1}{LSB} \int_{0}^{LSB} [\varepsilon_Q (V) - \varepsilon_Q]^2 dV = \frac{LSB^2}{3} - (- \frac{LSB}{2})^2 = \frac{LSB^2}{12}$

**Offset**, traslazione rispetto alla caratteristica ideale.

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Offset_ADC.jpg)

**Guadagno**, maggiore o minore pendenza rispetto alla caratteristica ideale.

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Guadagno_ADC.jpg)

**Non Linearità**, l'ampiezza degli intervalli cambia da codice a codice.

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Non_linearità_ADC.jpg)

**Non Linearità differenziale (DNL)**

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/DNL_ADC.jpg)

$dnl[i] = \frac{CT[i] - CT_{ID}[i]}{LSB} = \frac{CT[i]}{LSB} - 1$

oppure

$dnl[i] = \frac{V[i] - V[i-1]}{LSB} - 1, i>0$ e $dnl[0] = 0$

**Non Linearità differenziale integrale (INL)**

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/INL_ADC.jpg)

**Conversione**, tempo necessario affinchè venga prodotto il codice d'sucita avviando la conversione sul livello d'ingresso $V$.

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Conversione_ADC.jpg)

**Codice mancante**, alcuni codici non sono prodotti, così la caratteristica reale non è monotona.

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Codice_Mancante_ADC.jpg)

**Massima pendenza d'ingresso**

- Dobbiamo convertire il segnale $V*$ in un tempo di conversione $(T_{CONV}).$
- Bisogna garantire che tra $V(t_{SOC})$ e $V(t_{EOC})$ ci sia uno scostamento minore di $\plusmn \frac{LSB}{2}.$
- In questo modo abbiamo una coerenza tra $d*$ e $V*.$

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Massima_pendenza_d_ingresso_ADC.jpg)

Da Fourier possiamo considerare solo la generica armonica $i$ di ampiezza $V_i$ e frequenza $f_i:$

$V_i (t) = V_i sin(2 \pi f_i t)$

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Armonica_Generica.jpg)

$\frac{d}{dt} V_i (t) |_{MAX} < \frac{\plusmn \frac{LSB}{2}}{T_{CONV|min}}
\\
\frac{d}{dt} V_i sin(2 \pi f_i t)|_{MAX} T_{CONV} |_{min} < \plusmn \frac{LSB}{2}
\\
2\pi f_i V_i cos(2\pi f_i t)|_{MAX} T_{CONV}|_{min} < \plusmn \frac{LSB}{2}
\\
cos(2 \pi f_i t) |_{MAX} = \plusmn 1
\\
V_i|_{MAX} = \plusmn \frac{FSR}{2}
\\
2 \pi f_i |_{MAX} V_i |_{MAX} cos(2 \pi f_i t) |_{MAX} T_{CONV}|_{min} < \plusmn \frac{LSB}{2}
\\
2 \pi f_i |_{MAX} \frac{FSR}{2} \plusmn 1 \cdot T_{CONV} |_{min} < \plusmn \frac{LSB}{2}
\\
2 \pi f_i |_{MAX} \frac{FSR}{2}T_{CONV}|_{min} <\frac{FSR}{2}
\\
f_i |_{MAX} < \frac{1}{2 \pi}\frac{LSB}{FSR} \frac{1}{T_{CONV|min}}
\\
f_i |_{MAX} < \frac{1}{2 \pi} \frac{1}{2^n} \frac{1}{T_{CONV|min}}$

## 10.3 Tipi di ADC

### ADC Flash

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/ADC_Flash.jpg)

- Molticomparatori $(2^n - 1)$

- Consuma tanta potenza.
- Matching difficile $(DNL, INL).$

- Velocità Elevata

- $T_{CONV} = T_{CLK}$

- Pochi bit (max $12$) ad altissima velocità (GHz) e consumo di potenza.

### ADC a Rampa Digitale

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/ADC_a_Rampa_Digitale.jpg)

- Semplice Logica

- Consumi bassi
- Usa molti bit

- Tempo di conversione dipendente da $V$

- $T_{CONV} \frac{FSR}{LSB}T_{CLK}$
- $T_{CONV|MAX} = 2^n T_{CLK}$

- DNL, INL, offset e Gain dipendenti solo dal DAC.
- Contatore digitale da $0\text{X} 0...0$ a $0 \text{X} F...F.$
- Un DAC coverte il conteggio in livello di tensione.
- Un comparatore confronta il livello del DAC con quello in ingresso $V.$
- L'uscita del comparatore ferma il conteggio ottenendo $d.$

### ADC Tracking

- Funzionamento simile alla rampa digitale.

### ADC a SAR

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/ADC_a_SAR.jpg)

**Logica SAR**

- Partiamo dal $MSB$ di $d$,

- Se $V_{in} > V_{dac} \to 1$, else $\to 0$

- Muoviamoci su $MSB - 1$ di $d$ ricordandoci il valore di $MSB$,

- Se $V_{in} > V_{dac} \to 1$, else $\to 0$

- Così fino ad $LSB$

- Se $V_{in} > V_{dac} \to 1$, else $\to 0$

Simile alla rampa digitale, il contatore è sostituito da una logica ad approssimazioni successive (**SAR**).

- In questo modo servono $n$ colpi di clock per ogni livello di $V$.
- Consumi bassi.
- Usa molti bit.
- $T_{CONV} = n \cdot T_{CLK}$
- DNL, INL, offset e Gain dipendenti solo dal DAC.

### ADC a Rampa

- Come l'ADC a rampa digitale ma il contatore + DAC è sostituito da una rampa analogica.
- Un integratore ideale genera una rampa sul FSR:

- $V_{rmp} (t) = \frac{E}{RC} t$

- Un clock alimenta un contatore che continua a contare.
- Quando $V_{rmp} (t)$ supera $V:$

- Si ferma il conteggio.
- Il valore del conteggio rappresenta $d$ e viene posto in uscita.
- Viene resettata $V_{rmp} (t)$ per una nuova conversione.

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/Grafico_ADC_a_Rampa.jpg)

- Consumi bassi.
- Usa molti bit.
- $T_{CONV} = \frac{V}{\frac{E}{RC}} = RC \cdot \frac{V}{E}$.
- $T_{CONV|MAX} = RC \frac{FSR}{E} = 2^nT_{CLK}$
- DNL, INL, offset e Gain dipendono solo dall'OpAmp.
- I rumori/disturbi su $E$ e $V$ entrano $1:a:1$ nella conversione A/D.
- $FSR = E \cdot 2^nT_{CLK}/RC.$
- $LSB = E \cdot T_{CLK}/RC.$

### ADC a Doppia Rampa

![](assets/Capitolo_Acquisizione_Digitale/ADC_a_Doppia_Rampa.jpg)

0 comments on commit d2284fe

Please sign in to comment.