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| sezione_23c [2015/03/08 11:40] – [L'uso del sample & hold (S&H)] admin | sezione_23c [2015/03/12 14:05] – [10 La modulazione Sigma-Delta] admin |
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| La modulazione Sigma-Delta è usata nei convertitori A/C per ottenere buone prestazioni, sia come risoluzione che come immunità al rumore, a basso costo. La maggiore immunità al rumore è ottenuta grazie al **sovracampionamento**, cioè campionando il segnale a una frequenza multipla rispetto a quella richiesta dal teorema di Shannon. La //figura 20// illustra gli effetti positivi del sovracampionamento: la potenza associata al rumore è distribuita uniformemente fino alla frequenza di campionamento (area chiara); sovracampionando si distribuisce la stessa potenza in una banda maggiore (area scura) che può essere filtrata alla frequenza massima del segnale originale per eliminare gran parte del rumore. Questi ADC sono a basso costo perché realizzati in forma integrata perlopiù con componenti digitali. | La modulazione Sigma-Delta è usata nei convertitori A/C per ottenere buone prestazioni, sia come risoluzione che come immunità al rumore, a basso costo. La maggiore immunità al rumore è ottenuta grazie al **sovracampionamento**, cioè campionando il segnale a una frequenza multipla rispetto a quella richiesta dal teorema di Shannon. La //figura 20// illustra gli effetti positivi del sovracampionamento: la potenza associata al rumore è distribuita uniformemente fino alla frequenza di campionamento (area chiara); sovracampionando si distribuisce la stessa potenza in una banda maggiore (area scura) che può essere filtrata alla frequenza massima del segnale originale per eliminare gran parte del rumore. Questi ADC sono a basso costo perché realizzati in forma integrata perlopiù con componenti digitali. |
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| Un modulatore sigma-delta si comporta come un convertitore A/D a 1 bit. Il valore analogico in ingresso, sovracampionato, si presenta come un treno di impulsi di valore 0 o 1, la densità degli 1 in questi impulsi rappresenta il valore analogico e il valore medio del segnale digitale risulta proporzionale al segnale analogico in ingresso. | Un modulatore sigma-delta si comporta come un convertitore A/D a 1 bit. Il valore analogico in ingresso, sovracampionato, diventa un treno di impulsi di valore 0 o 1 il cui valore medio è proporzionale al segnale analogico in ingresso. Questa modulazione è chiamata anche PDM (//pulse density modulation//) perché la densità degli 1 nel segnale digitale rappresenta il valore analogico. |
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| La //figura 21// mostra lo schema di principio di un modulatore e demodulatore sigma-delta dove il modulatore effettua la conversione A/D (trasforma la tensione V<sub>i</sub> in un flusso di bit) mentre il demodulatore quella D/A (converte i dati digitali nella tensione V<sub>o</sub>). | La //figura 21// mostra lo schema di principio di un modulatore e demodulatore sigma-delta; il modulatore effettua la conversione A/D (trasforma la tensione V<sub>i</sub> in un flusso di bit) mentre il demodulatore quella D/A (converte i dati digitali nella tensione V<sub>o</sub>). |
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| Il modulatore è un sistema a retroazione con un nodo sommatore (//delta// sta per differenza), un integratore (//sigma// sta per somma), un comparatore a soglia zero, un flip-flop e un DAC a 1 bit. Il principio di funzionamento è il seguente: | Il modulatore è un sistema a retroazione con un nodo sommatore (//delta// sta per differenza), un integratore (//sigma// sta per somma), un comparatore a soglia zero, un flip-flop e un DAC a 1 bit. Il principio di funzionamento è il seguente: |
| * il nodo sommatore sottrae una tensione di valore fisso (V<sub>REF</sub> o -V<sub>REF</sub>) alla tensione V<sub>i</sub> | * il nodo sommatore sottrae una tensione di valore fisso e segno opportuno (V<sub>REF</sub> o -V<sub>REF</sub>) alla tensione V<sub>i</sub> |
| * la differenza viene integrata producendo una rampa crescente o decrescente di tensione | * la differenza viene integrata producendo una rampa crescente o decrescente di tensione |
| * la rampa è applicata al comparatore generando un segnale a due livelli | * la rampa è applicata al comparatore generando un segnale a due livelli |
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| La //figura 22// mostra l'uscita dell'integratore e il dato digitale corrispondente con tensione di ingresso zero e con tensione maggiore di zero: | La //figura 22// mostra l'uscita dell'integratore e il dato digitale corrispondente con tensione di ingresso zero e con tensione maggiore di zero: |
| * con V<sub>i</sub> = 0 le rampe hanno la stessa pendenza - dovuta all'alternarsi di V<sub>REF</sub> e -V<sub>REF</sub> all'ingresso del comparatore; il segnale digitale corrispondente è una sequenza con lo stesso numero di 0 e 1 | * con V<sub>i</sub> = 0 le rampe hanno la stessa pendenza perché i valori V<sub>REF</sub> e -V<sub>REF</sub> si alternano all'ingresso del comparatore; il segnale digitale corrispondente è una sequenza con lo stesso numero di 0 e 1 |
| * con V<sub>i</sub> > 0 la rampa crescente ha una pendenza maggiore di quella decrescente perché rispettivamente dovute a V<sub>i</sub> + V<sub>REF</sub> e V<sub>i</sub> - V<sub>REF</sub>; il segnale digitale presenta più 1 che 0 e il valore medio del flusso di bit deve essere maggiore di zero | * con V<sub>i</sub> > 0 la rampa crescente ha una pendenza maggiore di quella decrescente perché rispettivamente dovute a V<sub>i</sub> + V<sub>REF</sub> e V<sub>i</sub> - V<sub>REF</sub>; il segnale digitale presenta più 1 che 0 e il valore medio del flusso di bit deve essere maggiore di zero |
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| | ===== 11 Struttura complessiva di un sistema di elaborazione e/o trasmissione digitale di un segnale analogico: tecniche PCM e DSP ===== |
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| | Il paragrafo accenna soltanto ad argomenti molto complessi. Ci limitiamo a qualche osservazione sulla //figura 23//, che mostra lo schema di un sistema di elaborazione e/o trasmissione digitale: |
| | * la grandezza analogica in ingresso viene amplificata e condizionata opportunamente |
| | * un filtro anti-aliasing elimina le componenti a frequenza più elevata per garantire una corretta rappresentazione del segnale campionato (la frequenza di campionamento può essere ridotta senza incorrere nel fenomeno dell'aliasing) |
| | * se necessario ((si veda la formula 27 del paragrafo 9)), per una corretta conversione, si ricorre ad un circuito sample-and-hold |
| | * l'ADC converte il segnale analogico campionato in un segnale digitale discreto nel tempo e nei valori |
| | * la sequenza di bit corrispondente viene elaborata/trasmessa |
| | * il segnale digitale viene riconvertito in analogico da un DAC |
| | * il fitro di ricostruzione passa-basso elimina gli spettri immagine e ricostruisce il segnale di partenza (o quello elaborato in digitale) |
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| | Questa tecnica di trasmissione è detta PCM (vedi //sezione 26A//) e viene usata anche in telefonia. |
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| ===== 12. Convertitore A/D National ADC0801 ===== | ===== 12. Convertitore A/D National ADC0801 ===== |
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