Convertitore DAC e ADC

Generalità ESERCITAZIONE IN LABORATORIO. Generalità. Col termine conversione si indica la trasformazione di alcuni parametri di un segnale elettrico mantenendo invariata la quantità di informazione posseduta dal segnale stesso. I convertitori risultano essenziali nei sistemi di controllo, in particolare quelli analogico-digitale e digitale-analogico perché sono presenti nelle ca-tene di acquisizione e di elaborazione dati. Il convertitore analogico-digitale, indicato come convertitore A/D o ADC (Analog Digital Converter), risulta essenziale per collegare un segnale analogico ad un centro di elaborazione digitale. Prendiamo ad esempio il caso di un sistema a microprocessore per il controllo di grandezze fisiche (temperatura, pressione, umidità ecc.): il segnale in uscita dal trasduttore è generalmente di tipo analogico e di conseguenza deve essere convertito in un segnale digitale per poter essere elaborato dal microprocessore. Il convertitore digitale-analogico, indicato come convertitore D/A o DAC (Digital Analog Converter), esegue l'operazione inversa rispetto all'ADC. In effetti il DAC permette di trasformare il segnale digitale, fornito dal sistema di elaborazione, in un segnale analogico in grado di operare sui dispositivi di uscita come ad esempio gli attuatori (motori, altoparlanti, ecc.). Si ricorda che per segnale analogico si intende un segnale che può assu-mere tutti i valori all'interno di un intervallo, mentre il segnale quantizza-to (o discreto) può assumere soltanto un numero finito di valori. Se la quantizzazione viene effettuata, per esempio, con un codice binario i possibili valori sono due. Il convertitore D/A (DAC). Il convertitore D/A trasforma ogni parola digitale ad n bit in un livello di tensione. Di conseguenza il numero di livelli di tensione possibili in uscita dal DAC è 2n, pari al numero di codici esprimibili con parole di n bit. Il segnale analogico fornito dal convertitore D/A non è dunque continuo nel tempo ma è formato da gradini. Ogni gradino corrisponde al valore di tensione associato alla parola Principio della conversione. Ad ogni parola binaria formata da n bit an-1, an-2, an-3, … a1, a0, corrisponde il numero P. P = an-1 2n-1 + an-2 2n-2 + … + a1 21 + a0 20 Per trasformare questo numero P in una tensione occorre moltiplicarlo per un valore di tensione V. In questo modo alla parola viene associato il livello di tensione Vu = PV. Vu = VP = V (an-1 2n-1 + an-2 2n-2 + … + a1 21 + a0 20)= = an-1 V2n-1 + an-2 V2n-2 + ... + a1 V21 + a0 V20= =V2n (an-1 2-1 + an-2 2-2 + … + a1 21 + a0 2-n) Il prodotto V2n si definisce tensione di riferimento o tensione di fondo scala e viene indicato con Vr. Vu = Vr (an-1 2-1 + an-2 2-2 + … + a1 21 + a0 2-n) La conversione avviene quindi effettuando una combinazione lineare con coefficienti che devono dare ad ogni bit il proprio perso in funzione della sua posizione. Ad esempio per convertitori a 4 bit se a3 è moltiplicato per 16 V allora a2 deve e