EO_475

ANALOG/MIXED SIGNAL A/D CONVERTER 24 - ELETTRONICA OGGI 475 - GENNAIO/FEBBRAIO 2019 Se si mappa questo errore LSB relativo a un segnale AC quantizzato, si ottiene un diagramma come quello mostrato in figura 4. Si noti la dissomiglianza tra l’u- scita digitale quantizzata, “a gradini”, e l’ingresso ana- logico uniforme e sinusoidale. Prendendo la differenza tra queste due forme d’onda e tracciando il risultato si ottiene l’errore a forma di “dente di sega” mostrato nella parte inferiore della figura 4. Questo errore varia entro ±½ LSB e si presenta nel risultato sotto forma di rumore. Analogamente, per i segnali DC l’errore associato alla quantizzazione varia tra ±½ LSB del segnale di ingres- so. Tuttavia, poiché i segnali DC non hanno componenti di frequenza, il “rumore” di quantizzazione si presenta in pratica come errore di offset nell’uscita ADC. Infine, un risultato ovvio ma importante del rumore di quantizzazione è che l’ADC non può misurare al di là della propria risoluzione, in quanto non può distingue- re tra le modifiche al di sotto dell’LSB a livello di in- gresso. Rumore termico A differenza del rumore di quantiz- zazione, che è un sottoprodotto del processo di conversione analogico- digitale (o digitale-analogico), il rumo- re termico è un fenomeno intrinseco a tutti i componenti elettrici a causa del movimento fisico della carica all’inter- no dei conduttori elettrici. Pertanto è possibile misurare il rumore termi- co anche senza applicare un segnale d’ingresso. Purtroppo gli utenti finali degli ADC non possono agire sul ru- more termico del dispositivo in quan- to si tratta di una funzione del design dell’ADC. Le restanti parti di quest’ ar- ticolo faranno riferimento a tutte le fonti di rumore ADC diverse dal rumore di quantizzazione, come il rumore termico dell’ADC. La figura 5 illustra il rumore termico nel dominio del tempo, che in genere presenta una distribuzione gaus- siana. Sebbene non sia possibile influire sul rumore termico intrinseco dell’ADC, è possibile modificare il li- vello del rumore di quantizzazione dell’ADC dovuto alla sua dipendenza dalla dimensione dell’LSB. Tuttavia, la quantificazione dell’importanza di questo cambiamen- to dipende dal fatto che si stia utilizzando un ADC “ad alta risoluzione” o “a bassa risoluzione”. Per meglio comprendere come utilizzare la dimensione dell’LSB e il rumore di quantizzazione a proprio vantaggio, occor- re definire rapidamente questi due termini. ADC ad alta e a bassa risoluzione Un ADC a bassa risoluzione è un qualsiasi dispositivo il cui rumore totale dipenda più dal rumore di quantizza- zione, in modo tale che N ADC, Quantizzazione >> N ADC, Termico. Fig. 5 – Rumore termico nel dominio del tempo con distribuzione gaussiana I L RUMORE IN PILLOLE Di seguito un breve riepilogo degli aspetti più importanti utili per meglio comprendere il rumore negli ADC delta-sigma: Il rumore è insito in tutti i sistemi elettrici. Il rumore viene introdotto attraverso tutti i componenti della catena del segnale. Esistono due tipi principali di rumore ADC: Il rumore di quantizzazione, che scala con la tensione di riferimento. Il rumore termico, un valore fisso per un determinato ADC. Un solo tipo di rumore è generalmente dominante a seconda della risoluzione dell’ADC: Caratteristiche degli ADC ad alta risoluzione: Rumore termico dominante. La risoluzione è in genere > 1 LSB. Aumentare la tensione di riferimento per aumentare la gamma dinamica. Caratteristiche degli ADC a bassa risoluzione: Rumore di quantizzazione dominante. La risoluzione è in genere limitata dalla dimensione dell’LSB. Ridurre la tensione di riferimento per ridurre il rumore di quantizzazione e aumentare la risoluzione.