Convertitori ad approssimazioni successive

Nella maggior parte dei convertitori integrati, per convertire il valore analogico in dato digitale viene utilizzato il metodo delle approssimazioni successive, che permette l'utilizzo di un convertitore a reazione capace di ottenere tempi di conversione piuttosto brevi (fino a qualche ms).

Struttura

Gli elementi che compongono lo schema sono i seguenti:

- registro ad approssimazioni successive;

- convertitore digitale-analogico;

- comparatore

- segnale di clock

Elemento essenziale del circuito è una rete logica sequenziale costituita da un registro ad approssimazioni successive SAR (Successive Approximation Register), che genera delle sequenze di bit secondo un particolare procedimento matematico.

Il convertitore digitale-analogico ha il compito di convertire le sequenze di bit di una tensione di riferimento (Vr).

Il comparatore confronta la tensione di riferimento con la tensione incognita (ingresso analogico)

Il processo di conversione è temporizzato da un segnale di clock

Questo tipo di convertitore risulta particolarmente diffuso per il basso tempo di conversione e la sua praticità

Funzionamento

Prendendo in esame il convertitore A/D a tre bit, capace quindi di rappresentare 8 valori.

E osservando la tabella relativa alla conversione a tre bit noteremo che il valore da considerare per primo è quello che corrisponde a metà del campo dei valori ottenibili, e cioè 100, corrispondente al valore decimale 4. Se la tensione incognita da convertire è inferiore alla tensione corrispondente a tale valore, l'uscita del comparatore segnala al registro SAR di azzerare il bit più significativo; in caso contrario, il bit rimane a uno. Viene presa quindi in considerazione la tensione corrispondente al valore centrale del semi-intervallo rimanente, ossia quella per cui il secondo bit vale 1 e quello meno significativo vale 0. Se la tensione incognita è superiore, il bit corrispondente va posto a 1, altrimenti a zero. Per il terzo bit si procede in maniera analoga. Si comprende quindi come anche nel caso di convertitori a più bit si possa arrivare per successive comparazioni ad un codice di uscita capace di rappresentare la tensione incognita. Per effettuare la comparazione è necessario convertire il segnale digitale di confronto in un segnale analogico per mezzo di un elemento DAC

Convertitore a rampa

Si tratta di un convertitore a reazione che crea una successione di gradini crescenti fino a quando il confronto con la tensione di ingresso non dia un risultato positivo.

Struttura

Gli elementi che compongono lo schema sono:

-segnale di clock;

-contatore di impulsi;

-dispositivo di controllo;

-convertitore digitale-analogico;-flip flop SR.

Il segnale di clock ha il compito di generare gli impulsi necessari agli stadi successivi

Il contatore di impulsi individua il numero degli impulsi di clock che giungono prima della loro interruzione

Il dispositivo di controllo avvia il contatore all'inizio di ogni nuovo conteggio.

Il comparatore confronta l segnale di retroazione col segnale di ingresso.

Il flip-flop SR invia i segnali temporizzati per mezzo del clock al contatore.

Funzionamento

La conversione vene avviata dal dispositivo di controllo che azzera il contatore per una nuova operazione. Il dispositivo invia quindi un impulso al flip-flop imponendo l'uscita Q alta. Gli impulsi del clock che passano attraverso la porta AND giungono così al contatore. Ogni impulso incrementa di un gradino l'uscita del DAC. Quando la tensione creata dalla successione di gradini così originata supera il valore di Vi, il comparatore impone al flip-flop un'uscita Q bassa e la porta AND non fa più passare gli impulsi. Il conteggio si arresta e il valore binario presente sul contatore in tale istante viene memorizzato. La precisione del convertitore a rampa è quindi legata a quella del DAC.

Convertitore a incremento decremento

Il convertitore a incremento decremento, o a bilanciamento continuo, è un convertitore a reazione caratterizzato dalla presenza di un contatore Up/Down, in grado di contare in avanti e indietro.

Struttura

Gli elementi che compongono lo schema sono i seguenti

-comparatore

-contatore UP/DOWN

-convertitore digitale-analogico

Il comparatore confronta il segnale di retroazione col segnale di ingresso

Il contatore UP/DOWN individua il numero degli impulsi ricevuto dal comparatore. Il suo conteggio può essere a incremento o a decremento.

Il convertitore analogico-digitale converte il segnale di uscita per poterlo inviare al comparatore sotto forma di segnale analogico.

Funzionamento

Il metodo utilizzato differisce da quello del convertitore a gradinata per quanto segue: invece di ripartire da zero per ogni nuovo valore di ingresso, nel convertitore a incremento e decremento il confronto viene fornito dal comparatore: se al suo ingresso prevale la tensione Vi, il contatore conta in avanti (UP), nel caso contrario il conteggio è all'indietro (Down).

Quando viene raggiunto il valore Vi la conversione si ferma in corrispondenza del codice binario fornito dal contatore. Rispetto al convertitore a rampa il convertitore a incremento e decremento presenta una maggiore velocità di conversione