Note

ElapDe2
18/11/2014
Ingegneria dell’Informazione
ELETTRONICA APPLICATA
E MISURE
Dante DEL CORSO
De2 – ESERCIZI PARTE D.2
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Sistemi di conversione
Errore complessivo
ENOB
Esempi di scritto
AA 2013-14
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De2: Esercizi su DAC e ADC
• De2.1
Sistema di acquisizione - A
• De2.2
Sistema di acquisizione - B
• De2.3
Calcolo ENOB - A
• De2.4
Calcolo ENOB – B
• De2.5
Esempio prova scritta
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Es. De2.1: sistema di acquisizione - A
1. Tracciare lo schema a blocchi di un sistema di
acquisizione A/D a 4 canali con:
1. Segnali di ingresso: da 1 a 2 V, con banda 0-15 kHz.
2. Convertitore A/D con ingresso 0-5V e Tc = 1μs.
3. S/H con tempo di acquisizione Ta = 700 ns
2. Per il sistema del punto 1:
1. Tracciare uno schema dell’amplificatore di condizionamento
2. Indicare i parametri che determinano i valori delle resistenze
utilizzate nell’amplificatore di condizionamento
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Es. De2.2: sistema di acquisizione - B
1. Per il sistema dell’esercizio De2e.1:
1. Determinare il campo di cadenze di campionamento
utilizzabili
2. Indicare le caratteristiche del filtro di ingresso per un
rapporto segnale/rumore di aliasing SNRa di almeno 60 dB
3. Indicare il massimo jitter di apertura (Tjamax) per ottenere
un errore dovuto al solo jitter di apertura Eja < 0,1%
4. Indicare il numero di bit richiesto per ottenere un errore di
quantizzazione Eq pari all’errore di aliasing.
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Richiami su SNR totale ed ENOB
• SNRtotale dipende dalla somma di vari termini:
– Quantizzazione , aliasing, jitter di apertura S/H, …
– Errori della catena di condizionamento (offset, guadagno)
– - ….
• Errore totale:
– Somma di termini
statisticamente
indipendenti (Ai)
• Ricavabile da SNRtot:
– ENOB = (SNRtot -1,76)/6 = SNRtot/6-0,3
• Numero effettivo di bit realmente significativi
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Esercizio De2.3: calcolo ENOB - A
1. Per il sistema dell’esercizio De2.2, valutare il
rapporto segnale/rumore totale (SNRT) e il numero
effettivo di bit (ENOB).
Valori specificati o già noti per i singoli errori:
•
•
•
Rapporto segnale/rumore di aliasing SNRa = 60 dB
Errore dovuto al solo jitter di apertura Eja < 0,1%
Errore di quantizzazione Eq pari all’errore di aliasing.
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Esercizio De2.4: calcolo ENOB - B
1. Valutare il rapporto S/N totale (SNRT) e il numero
effettivo di bit (ENOB) per un sistema con:
1. ADC su 12 bit
2. Segnale sinusoidale 100 kHz; S/H con jitter 10 ns
3. Rumore di aliasing parti a 0,1% del fondo scala
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Esercizio De2.5: esempio di scritto
•
Un sistema di acquisizione A/D a 4 canali ha:
Vimax = 500mV, Vidc = 0, fmax = 100 KHz.
L’ADC ha una dinamica di ingresso da +5 a -5 V.
a. Tracciare lo schema a blocchi del sistema. Indicare le
specifiche dei singoli blocchi e il numero di bit richiesto
per ottenere una precisione globale almeno dello 0,1%.
b. Tracciare lo schema a blocchi di un convertitore A/D ad
approssimazioni successive, e indicare la cadenza di
clock richiesta per operare in questo sistema.
c. Tracciare uno schema di massima (almeno per 3 bit) del
convertitore D/A presente nell’A/D del punto b),
utilizzando una configurazione con rete a scala e
deviatori di corrente; indicare i vincoli sulla Ron degli
interruttori nel caso di rete a scala con R = 20 kΩ.
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Eserc. De2.5a: soluzione a)
a) Tracciare lo schema a blocchi del sistema. Indicare le specifiche
dei singoli blocchi e il num. di bit richiesto per una precisione
globale >= 0,1%.
Guadagno richiesto per l’amplificatore: Av = …….
Assegnando metà dell’errore totale all’errore di quantizzazione: N = …..
Cadenza di campionamento minima ………. ks/s (singolo canale);
sui 4 canali: …….. Ms/s (+ eventuale margine)
Tempo di acquisizione + conversione = ……
Num. poli del filtro legato a Fs e all’errore ammesso per l’aliasing.
Per Ealiasing 0,05%, Fs = 300 ks/s (alias a 200 kHz), serve una
attenuazione di almeno ……... (…… dB) da 100 a 200 kHz (1 ottava).
Un polo attenua 6 dB/ottava, quindi servono: ……………. poli.
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Eserc. De2.5b: soluzione b)
b) Tracciare lo schema a blocchi di un convertitore A/D ad
approssimazioni successive, e indicare la cadenza di
clock richiesta per operare in questo sistema.
Per operare a 1,2 Ms/s mantenendo la scelta del punto a)
(Tconv = 400 ns) si ha per la cadenza di clock minima:
Fck = (1/400n) x 11 = ………. MHz.
È anche possibile usare configurazioni a residui multibit (più
complesse), con cadenza di clock più bassa.
Schema a blocchi da lucido D3 – 31
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Eserc. De2.5c: soluzione c)
c) Tracciare uno schema di massima (almeno per 3 bit) del
convertitore D/A presente nell’A/D del punto b),
utilizzando una configurazione con rete a scala e
deviatori di corrente; indicare i vincoli sulla Ron degli
interruttori nel caso di rete a scala con R = 20 kohm.
Schema di rete a scala con deviatori di corrente (primi 4 bit) dal
lucido D2-42.
Assegnando metà dell’errore totale (0,05 % /2) alla Ron
dell’interruttore sul ramo MSB, si ottiene la condizione:
Ron < (0,05 % /2) 2R = 0,05 % R:
Ron < …… Ω
Il circuito include un AO per trasformare la corrente in tensione.
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