EO_493

36 - ELETTRONICA OGGI 493 - APRILE 2021 ANALOG/MIXED SIGNAL ADC SIGMA-DELTA to in figura 1. La quantizzazione a un insieme finito di valori conduce a un errore di digitalizzazione definito rumore di quantizzazione. Il processo di quantizzazione porta anche il fenomeno di aliasing, nel quale vediamo abbattimenti ( foldbacks - N.d.T.) dei segnali in ingresso e le relative armoni- che nell’intorno della frequenza di clock di sample and hold. Il criterio di Nyquist richiede che la frequenza di campionamento sia almeno il doppio della frequenza più elevata contenuta dal segnale. Se questa frequen- za è inferiore al doppio di quella massima del segnale analogico, si verificherà il fenomeno di aliasing. Per comprendere le implicazioni dell’aliasing, sia nel dominio del tempo sia in quello della frequenza, consi- deriamo prima il caso della rappresentazione nel do- minio del tempo di un’onda sinusoidale a tono singolo, campionata come illustrato in figura 2. In questo esem- pio, la frequenza di campionamento fs non raggiunge il valore 2f a , ma è soltanto leggermente superiore alla frequenza analogica di ingresso fa, non rispettando così il criterio di Nyquist. Notate che il tracciato della campionatura effettiva produce un alias a onda sinu- soidale a una frequenza più bassa pari a f S – f a . N ei convertitori analogico-digitali (ADC) i feno- meni dovuti al campionamento inducono pro- blemi di alias e spunti di corrente capacitivi, per la cui soluzione i progettisti utilizzano filtri e am- plificatori driver che introducono, a loro volta, ulteriori potenziali problemi. Questo rende difficile raggiungere precisioni elevate in applicazioni a banda media in dc e ac, e i progettisti, per ottenere un risultato, finiscono col ricorrere a compromessi sugli obiettivi di sistema. Questo articolo descrive gli ADC sigma-delta ( - Δ ) a tempo continuo che risolvono completamente e in- trinsecamente i problemi di campionamento, sempli- ficando le catene di segnale. Eliminano il bisogno di filtri e buffer anti-alias, risolvono gli errori di offset e di drift della catena di segnale che sono correlati ai componenti aggiuntivi. Questi vantaggi riducono le di- mensioni della soluzione, ne facilitando il progetto e migliorano l’accoppiamento di fase e la latenza com- plessiva del sistema. Nell’articolo viene anche trac- ciato un confronto con i convertitori tempo-discreti ed evidenziati i vantaggi di sistema, nonché i limiti d’uti- lizzo degli ADC tempo-continui sigma-delta. Principi fondamentali del campionamento La digitalizzazione dei dati coinvolge i due processi fon- damentali di campionamento e quantizzazione, come illustrato in figura 1. Il campionamento rappresenta il primo passo, nel quale un segnale analogico variabile a tempo continuo x(t) viene convertito in un segnale a tempo discreto x(n) utilizzando la frequenza di cam- pionamento fs. Il risultato è una sequenza discretizzata nel tempo in modo uniforme, con periodo T s (f s = 1/T s ). Il secondo passo consiste nella quantizzazione, che approssima il valore di questi campioni tempo-discreti a uno dei valori finiti possibili, valore che viene rap- presentato sotto forma di codice digitale come illustra- Grazie ai convertitori A/D sigma-delta a tempo continuo è possibile risolvere in modo completo i problemi di campionamento Wasim Shaikh - Applications Engineer Srikanth Nittala - Lead Technologist Analog Devices Semplificare le catene di segnale per acquisizione di segnali AC e DC Fig. 1 – Campionamento dati