EO_452

ANALOG/MIXED SIGNAL

- ELETTRONICA OGGI 452 - MARZO 2016

SAR ADC

Conversione A/D ULP

per IoT wireless

a minimizzazione dei consumi è ormai diventata un requi-

sito imprescindibile non solo per la salvaguardia dell’am-

biente ma anche perché crescono incessantemente le

applicazioni indossabili consumer o medicali nonché le reti di

sensori ambientali di monitoraggio per la sicurezza o per la

domotica. Si tratta di dispositivi che devono sopravvivere per

molti anni se vogliono svolgere convenientemente il loro com-

pito e perciò diventa essenziale renderli autonomi innanzi tutto

dal punto di vista energetico e poi anche nei contenuti hardware

e nel loro controllo software attraverso la rete. In genere, gli

oggetti IoT possiedono tutti un’anima digitale che nella maggior

parte dei casi è un microcontrollore ma poi è indispensabile che

ci siano uno o più sensori analogici e un trasmettitore wireless

e ciò significa che si tratta di sistemi a segnali misti tipicamente

ostici da progettare se si vogliono contenere i consumi.

Invero, la difficoltà predominante è il rumore che i segnali ana-

logici possono introdurre sui circuiti logici e dunque l’integrità

dei segnali diventa la preoccupazione maggiore per chi progetta

queste applicazioni che si alimentano con sorgenti di energia lo-

cali che oggi sono sempre di più le batterie in grado di ricaricarsi

con i recuperatori di energia detti “energy harvester”.

Queste preziose sorgenti hanno la caratteristica di attivarsi solo

saltuariamente per poi restare inattive per periodi di tempo che

non c’è verso di prevedere a priori. Con queste condizioni di

alimentazione non v’è dubbio che la componente fondamentale

per tutti i sistemi IoT sia costituita dallo stadio di conversione dei

segnali dalla forma analogica nella quale vengono catturati alla

forma digitale adatta per la trasmissione in pacchetti sul proto-

collo Internet e perciò il consumo ultra basso (ULP, Ultra-Low

Power) dei convertitori A/D diventa per forza un requisito inelut-

tabile oltre che determinante sulla qualità del funzionamento di

questi dispositivi e sulla loro durata di vita. Inoltre, la conversio-

ne A/D è una di quelle funzioni che impone la massima continu-

ità di voltaggio sul microcontrollore che proprio in questa fase

azzera tutte le modalità a basso consumo e a frequenza ridotta

per garantire all’ADC le migliori prestazioni. Dunque, per le ap-

plicazioni IoT prossime venture sarà determinante la risoluzione

in bit espressa dai convertitori ADC rigorosamente a consumo

ultra basso soprattutto laddove si installano periferiche analo-

giche a elevate prestazioni ma non solo perché ci sono anche

moduli tipicamente digitali che impegnano molto gli ADC come

ad esempio i motori crittografici o multimediali che necessitano

di elevatissime velocità di conversione.

Il successo dei SAR

Una delle più apprezzate tecnologie di conversione dei segnali

dalla forma analogica a quella digitale è nota come SAR, o ad

approssimazioni successive, nella quale il Successive Approxi-

mation Register viene inizialmente posto a metà della scala di

variazione così può limitarsi a confrontare se il campione è mag-

giore o minore del valore medio e poi ripetere più volte la stessa

operazione dimezzando ogni volta l’intervallo del confronto fino

a determinare il valore numerico con la precisione limitata solo

dal numero dei confronti che si vogliono far eseguire in ogni

ciclo. L’ottima velocità, la buona precisione e il basso consumo

sono i pregi degli ADC SAR anche se per altri parametri di valu-

Lucio Pellizzari

A Imec stanno sviluppando i mattoni fondamentali

per Intuitive-IoT fra cui i convertitori ADC ad

approssimazioni successive con consumo

ultra basso ideali per le reti wireless di sensori

alimentati con gli energy harvester

Fig. 1 – All’Imec e all’Holst Centre si studiano gli oggetti Intuitive IoT

che consentiranno alle reti wireless a corto raggio di configurarsi auto-

maticamente