1 fondamenti di elettronica esempi di architetture di dac

1 Fondamenti di elettronica

ESEMPI DI ARCHITETTURE DI DAC


DAC A RESISTENZE PESATE

D1 D2 D3

R +

-

-VREF

2R 4R

R/2

S1 S2 S3

V0

D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE

Dn

2n-1R

Sn

Caso di DAC a n=10 bit :

se R=5k 2n-1R=2.5M !

Configurazione limitata a n < 8

USCITA ANALOGICA


ERRORI DI LINEARITA’ DIFFER. E INTEGR.

Dipendono da :

• resistenze serie degli interruttori

• tensione VDSon ai capi dell’interruttore MOSFET

• non perfetto rapporto tra le resistenze (R, 2R, 4R,…, 2n-1R)

S3

2n-1R4R

Sn-1

+

-

R/2

VDSon

-VREF


ALTRI ERRORI

D1 D2 D3

R +

-

2R 4R

R/2

V0

Dn

2n-1R+

-

RREF

V

Tensione effettiva diversa al variare del codice D1D2…Dn

VREF

• La corrente erogata dal generatore VREF dipende dal codice di ingresso ERRORE DI SOVRAPPOSIZIONE.

• Errori introdotti dalle non-idealità dall’operazionale (Ibias, Voffset, ecc.)


DAC A CAPACITA’ PESATE

D1 D2 D3

C +

-

4C 2C

2C

S1 S2 S3

V0

D1, D2 , D3 - INGRESSO DIGITALE

Dn

2n-1C

Sn

+

-

V0

Vin

C1C2

Q1=VinC1

+ -

Q2=VinC1

Vin

V2=Q2/C2

2

1

in

o

C

C

V

VG

-VREF


CONVERTITORI DAC a SCALA R-2R

+

-

VREF

R

V0

D1, D2 , D3 … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE

2R

D1

1

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2R

MSB LSB


RESISTENZE MOSTRATE DA UNA RETE A SCALA R-2R

+

-

VREF

R

V0

2R

D1

1

2R

Dn-2

2R

Dn-1

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2R

2R2R2R

Terra virtuale

Terra reale

• Resistenze verso massa a dx dei nodi sempre uguali a 2R qualunque sia il codice


RAMI CON CORRENTI A PESO BINARIO

VREF

2R

D11

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2RR2

VI ref1

2

I14

I11n

1

2

I

2

I11I

1n

n23

12

01ref

n1n321ref

u2

D...

2

D

2

D

2

D

R2

VD

2

1...D

4

1D

2

1D1

R2

VI

nn

33

22

11ref

u2

D...

2

D

2

D

2

D

R

VI

uI

1n1

2

I


FUNZIONE DI TRASFERIMENTO

+

-

Vref

R

V0

D1, D2 , D3 … Dn – INGRESSO DIGITALE

2R

D1

1

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2R

uI

nrefnn

33

22

11

refuo2

NV

2

D...

2

D

2

D

2

DVRIV


D3

ALTRE CARATTERISTICHE

Vref

R

VI reftot

2R

D1

2R

D2

2R 2R

Dn

R R R

2RR2

VI ref1

2

I14

I1n

I1

1I

• Assenza di errori di sovrapposizione

Itot =I1+I1, sempre uguale qualunque sia il codice

• Giocano un ruolo le resistenze di on dei deviatori, l’accuratezza di Vref e l’offset dell’operazionale.


CONVERTITORI DAC a SCALA 2C-C

+

-

VREF

2C

V0

D1, D2 , … Dn – PAROLA DIGITALE DA CONVERTIRE

C

D1

1

C

D2

C

D3

C

Dn

2C

1 1 10 0 0 0

2C 2C

C


DAC a PARTITORE DI TENSIONE-VR

+

-

V0

D1

MSB

D2D3

LSB

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

BIT di CONTROLLO

R

R

R

R

R

R

R

R

nR

2

V

1 LSB

D1D2D3 Int.chiusi

000 1,9,13

001 2,9,13

010 3,10,13

011 4,10,13

100 5,11,14

101 6,11,14

110 7,12,14

111 8,12,14


PROPRIETA’ del DAC a PARTITORE

• Intrinseca MONOTONICITA’ della conversione

• Numero di bit limitato a ~12 (resistori di valore elevato che occupano grande area)

• Errori dovuti a Ibias dell’operazionale e perdite degli interruttori


DAC a USCITA BIPOLARE

+VR

+

-

V0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

R

R

R

R

R

R

R

R

• I DAC possono essere resi bipolari, con l’uscita analogica che assume sia valori positivi che negativi, mediante semplici accorgimenti circuitali.

• DAC a partitore resistivo:

nR

2

V21 LSB

-VR


VBIAS = VREF

DAC a SCALA R-2R con USCITA BIPOLARE

+

-

-VREF

R

V0

2R

D1

1

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2R

R2

VI REF 2R


CODICI per DAC BIPOLARI

7/8 VFS 11110111 01113/4 11100110 01105/8 11010101 01011/2 11000100 01003/8 10110011 00111/4 10100010 00101/8 10010001 0001+0 10000000 0000-0 assente1111 1000-1/8 01111110 1001-1/4 01101101 1010-3/8 01011100 1011-1/2 01001011 1100-5/8 00111010 1101-3/4 00101001 1110-7/8 00011000 1111-8/8 VFS 0000

Codice segno-valoreCodice binario traslato

Stessocodice

Codice complementare

Codice complemento a 1

Uscita


DAC MOLTIPLICATORI

+

-

Vref

R

V0


2R

D1

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

2R

n

1iii

refo2

DVV

• Variano sia Vref che la parola digitale D1D2…Dn

MOLTIPLICAZIONE


TIPI DI MOLTIPLICATORI

Vref


Si possono avere moltiplicatori a 1 quadrante (Vref e codice unipolari), a 2 quadranti (Vref o codice bipolari), a 4 quadranti (Vref e codice bipolari).


ESEMPI DI APPLICAZIONE DEI DACe/o delle loro parti costitutive


AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE (DAC 0830 datasheets)

+

-

VREF

R

V0

2R

D11

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2R

VINIngresso del segnale analogico

Chiusura della retroazione

Parola digitale che definisce il guadagno


AMPLIFICATORE A GUADAGNO VARIABILE DIGITALMENTE

+

-

VREF

R

V0

2R

D1

1

2R

D2

2R

D3

2R

Dn

R R R

1 1 10 0 0 0

2R

VIN

R

Vi inin

nn

33

22

11ref

u2

D...

2

D

2

D

2

D

R

VI

uI


ESPRESSIONE del GUADAGNO DELL’AMPLIFICATORE

nn

33

22

11refin

2

D...

2

D

2

D

2

D

R

V

R

V

n2

N

nrefin2

NVV

N

2VV

n

ino

• Uguagliando le due correnti … :

• … si ottiene il guadagno dell’amplificatore :

Con DAC a 8 bit, si ottiene un amplificatore con –1<G<-256 a passi unitari.

Codice 00000… non ammesso!


RESISTENZE VARIABILI e POTENZIOMETRI

yyx

R RRR

VV

Simbolo circuitale

Resistore variabile0 < Rx < Rmax

RXRmax

Partitore variabile

Esempio di realizzazione

VR

RX

RY

V

Vite senza fine

A

A

B

B


POTENZIOMETRI DIGITALI

VA

VB

V0

V0

D1D2D3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

R

R

R

R

R

R

R

R

nR

2

V

VA

VB


POTENZIOMETRI DIGITALI : VANTAGGI e SVANTAGGI

•Assenza di usura meccanica; Insensibilità alle vibrazioni

•Tempi di regolazione più rapidi

•Facilità e certezza di riproduzione della posizione del “cursore”

•Si integrano bene con sistemi a microcontrollore

Vantaggi:

Svantaggi:

•Limitate tensioni applicabili


CONTROLLO DIGITALE DEL GUADAGNO

+

-

VIN

A B

POTENZIOMETRO DIGITALE

RA RB

inA

Bu V

R

RV D1…D2

GUADAGNO VARIABILE

DIGITALMENTE

Il guadagno varia in modo quasi logaritmico al variare del codice digitale


CONTROLLO PROGRAMMABILE dei TONI

+

-VIN VU

R1

R2

R1

R2

C1

RDAC2

RDAC1

C2

11DACLB CR2

1f

22DACHB CR2

1f

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