|
Alcune tipologie di convertitori AD
Tra le varie tipologie di ADC,
i più significativi sono quelli:
- ad approssimazioni successive o SAR (Successive Approximation Register)
- ad inseguimento (codifica delta)
- a doppia rampa (Dual Slope)
- a pipeline
- Sigma-Delta
FLASH ADC
Conosciuti anche come parallel ADC, sono il componente più veloce per
convertire un segnale analogico in un dato digitale. Un flash ADC è composto da
un elevato numero di comparatori (2N-1) a cui la tensione da convertire arriva
contemporaneamente e che devono avere punti di commutazione molto precisi. Di
conseguenza, un ADC flash è l'architettura più veloce disponibile. Però sono
realizzabili in risoluzione medio-basse (4 - 8 bit), dato che le dimensioni
dell' integrato ed il consumo di energia crescono esponenzialmente con la
risoluzione. Va considerato, però, che il tempo di conversione non cambia con l' aumentare della
risoluzione. Le loro caratteristiche di punta ne fanno componenti di costo
elevato. Sono indispensabili nelle applicazioni in cui è richiesta una
elevatissima velocità di conversione (anche più di 1.5Gsps - Giga samples per second -
miliardi di
campionamenti al secondo). Ad esempio MAX104.
Pipelined ADCs
Nell' area tra 1 e 100Msps (Mega samples per second - milioni di
campionamenti al secondo) gli ADC del genere pipelined offrono le migliori
caratteristiche, coprendo un ampio spettro di applicazioni, come immagini da
CCD, analisi di immgini da ultrasuoni, ricevitori digitali, video
digitale, xDSL, modem su cavo e fast Ethernet. Meno performanti dei
modelli in tecnologia Flash, hanno anche costi minori e minore consumo. Un
pipeline ADC impiega una struttura parallela in cui ogni fase lavora
contemporaneamente su 1 o pochi bit (di campioni successivi). Questo
parallelismo intrinseco aumenta la velocità di trasmissione, ma a scapito del
consumo energetico e della latenza. Latenza, in questo caso, è la differenza
tra il tempo in cui un campione analogico è acquisita e il tempo dopo il quale
è disponibile l'output del dato digitale. Ad esempio, un ADC pipeline a cinque
fasi (cicli di clock) se ne avranno almeno cinque di latenza, mentre un SAR ha
solo un solo ciclo di latenza.
SAR ADC
Sono comuni nelle architetture che richiedono risoluzioni medio-alte, con tempi
di conversione inferiori ai 5 Msps. SAR ADC occupano solitamente una gamma di
risoluzioni tra gli 8 e 16 bit e possono essere realizzati con tecnologie a
basso consumo e di piccole dimensioni. Questo li rende adeguati per l'
integrazione in microcontroller embedded, in apparecchi portatili e a batteria, pen
digitizers, controlli industriali ed acquisizione di dati e segnali di impiego
generale. Lavorano su approssimazioni successive con un registro binario. Il
tempo di conversione aumenta con l' aumentare della risoluzione.
Ad esempio MAX1115/MAX1116
Sigma Delta ADC
Sono usati principalmente in conversioni ad elevata risoluzione, ma a bassa
velocità con oversampling, seguiti da un filtraggio per ridurre il rumore. ADC
SIgma-Delta a 24
bit Sigma Delta sono di uso comune in applicazioni audio, strumentazione,
ultrasuoni, sonar. La banda passante è tipicamente minore di 1MHz con una
risoluzione tra i 12 e i 18 bit. Convertitori a sovracampionamento/sigma-delta
sono utilizzati nelle applicazioni audio digitale con larghezze di banda di
circa 22 kHz. Alcuni convertitori sigma-delta a elevata ampiezza di banda
raggiungono 1-2 MHz con 12 - 16 bit di risoluzione.Occorre una valutazione tra
il tempo di conversione e il peso del rumore che ne riduce la risoluzione.
I convertitori Sigma-delta hanno il vantaggio, rispetto ai SAR, di non
richiedere nessun taglio speciale o calibrazione, anche per raggiungere 16 a 18
bit di risoluzione. Dato che la loro frequenza di campionamento è molto più
elevato rispetto la larghezza di banda effettiva, non richiedono filtri
anti-alias con ripide rolloffs agli ingressi analogici, mentre sono necessari
filtri digitali backend. La natura di sovracampionamento del convertitore
sigma-delta può tendere a "mediare" qualsiasi rumore di sistema
presente sugli ingressi analogici, ma il filtro digitale può essere anche una
sfida per la progettazione e consuma area di silicio considerevole o istruzioni
(e tempo relativo).
 |
Per avere una idea di quanto detto, possiamo fare riferiemnto allaa
pubblicazione di Microchip Analog-to-Digital
Converter Design Guide , che riporta il diagramma a alto, dove sono
comparate le risoluzione e la velocità di conversione (in sps =
samples per second) per convertitori AD di tipo SAR, Flash e Dual
Slope. |
Two Step ADC
Sono conosciuti anche come subranging converters o multi-step o half
flash. Sono più lenti dell' architettura Flash. Sono realizzati con circuiti
strutturati come un misto tra Flash e Pipeline. Possono raggiungere elevate
risoluzioni oppure essere realizzati su piccole superfici.e consumi minori, a
seconda dell' applicazione a cui sono destinati. Esempio MAX153.
 |
 |
Questi convertitori sono generalmente corrispondenti a circuiti integrati,
realizzati con le più varie tecnologie, e progettati per essere integrati come
periferiche in sistemi a microprocessore, interfacciandosi con i relativi bus
oppure con i port di I/O o, come ha ampiamente preso piede, attraverso
comunicazioni seriali del genere SPI o I2C.
Possono essere singoli o anche multipli e dotati di un ampio spettro
di accessori e opzioni, come filtri digitali, tensioni di riferimento,
S&H, ecc.
|
.
 |
Non c'è un simbolo codificato per un ADC, ma si rappresenta spesso
come un trapezoide, i cui elementi essenziali sono:
- l' ingresso analogico
- la tensione di riferimento
- l' uscita digitale.
Ed esistono in commercio ADC con ingresso singolo o differenziale, con riferimento di
tensione integrato o esterno e con accesso digitale parallelo o seriale. |
|
