Tratto dal sito "Laboratorio di elettronica": Una grande quantità di materiale di alta qualità sull'elettronica, scritto dai professori Trivi e Monteduro dell'I.T.I.S. Fauser di Novara.

Indice

1. La Conversione Digitale-Analogica ed Analogico-Digitale
2. DAC a resistori pesati
3. DAC a Resistenza Costante
4. ADC a Rampa Semplice
5. ADC a Contatore di Rampa
6. ADC a Contatore Continuo di Rampa
7. ADC ad Approssimazioni Successive
8. ADC a Doppia Rampa
9. ADC Flash

La conversione Digitale-Analogico e Analogico-Digitale

Prima di addentrarci nel vivo della questione, diamo la definizione di segnale discreto (o digitale) e di segnale analogico. La notazione f[n] indica una sequenza di numeri, reali o complessi, definita per ogni intero n. La sequenza f[n] prenderà il nome di segnale discreto o digitale, e l'indice n quello di tempo discreto. Spesso al posto del termine digitale si sostituisce anche il termine numerico, filologicamente più corretto. D'altro canto, "digitale" deriva dall'inglese "digit" (cifra) che, a sua volta, deriva dal latino "digitus" (dito). Infatti è consuetudine "fare i conti con le dita". Invece, con "segnale analogico" o "continuo", indichiamo una funzione f[t], reale o complessa, definita per ogni numero reale t. Da queste definizioni, risulterà evidente che le grandezze analogiche possono assumere, nel tempo, qualsiasi valore (si pensi alla scala di un tester), mentre quelle digitali presentano solo valori ben definiti (come l'indicazione di un multimetro digitale). In natura, evidentemente, poche cose sottostanno a leggi discrete, mentre, come insegna lo studio dell'elettronica digitale, per acquisire, elaborare e, sempre più di consueto, trasmettere i dati, si preferisce far riferimento a sistemi numerici, e ciò per problemi legati a semplicità, accuratezza, riduzione del rumore, ecc. I dispositivi che permettono l'interfacciamento fra grandezze di un tipo con sistemi dell'altro, prendono il nome di "convertitori analogico digitali", se in un senso, o di "convertitori digitale analogici" se nell'altro. I primi vengono normalmente indicati con DAC, acronimo di Digital Analog Converter, mentre si usa l'abbreviazione ADC per i secondi (Analog Digital Converter).

Consideriamo l'uscita analogica di un convertitore D/A e definiamone la funzione di trasferimento D º [Vo/Vrif] in cui Vo è la tensione di uscita e Vrif è una tensione di riferimento. Facendo riferimento ad un codice binario, D sarà espresso come segue:

in cui:

a_i = 0,1

ed n è il numero di bit presenti nel convertitore. a_i vale "0" se il bit è "spento", "1" se invece è "acceso". Il peso del bit più significativo [a₁] (MSB: Most Significant Bit) vale così V_rif/2 mentre il peso del bit meno significativo [a_n] (LSB: Least Significant Bit) vale V_rif/2ⁿ. L'uscita sarà nulla quando tutti i bit sono spenti, ovvero quando tutti gli ingressi sono posti a "0", mentre varrà Vo = Vrif·(1 - 2-n) se gli ingressi sono posti ad "1". Generalmente si usa dire che V_rif è la tensione di fondo scala anche se, come è ben visibile, non potremo mai raggiungerla. Il passo di quantizzazione Q, concetto simile a quello di massima risoluzione, sarà pari a V_rif/2ⁿ, pari al peso del bit meno significativo. é chiaro che per poter apprezzare bene piccole differenze, sarà necessario disporre di un gran numero di bit. Talvolta si esprime la risoluzione anche in termini del numero dei bit del dato in ingresso: avendo, per ipotesi, 8 bit in ingresso, otterremo, in uscita, 2⁸ = 256 valori distinti, e diremo che la risoluzione di quel convertitore è di 1/256 o anche dello 0.4%.

In altri termini, la risoluzione necessaria, stabilita in sede di progetto, mi fornisce il numero di cifre che mi servono: se mi accontento di 7 livelli Q di quantizzazione mi basteranno 3 bit (2ⁿ - 1 = 2³ - 1 = 7). Il concetto è, comunque, meglio espresso in figura.

Esaminiamo ora più attentamente la Funzione di Trasferimento sopracitata e qui riportata per comodità:

notiamo, principalmente, due particolarità:

1. i termini vengono sommati;
2. il peso di ogni termine si ottiene dal precedente moltiplicandolo per ½ o, in altri termini, dividendolo per 2; infatti, riscrivendo la relazione,

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