EO_493

38 - ELETTRONICA OGGI 493 - APRILE 2021 ANALOG/MIXED SIGNAL ADC SIGMA-DELTA alle basse frequenze, come illustrato in figura 4. Il fil- tro digitale passa-basso ( low-pass filter - LPF) rimuove quindi il rumore di quantizzazione esterno alla banda di interesse, e il decimatore riporta il data rate d’uscita al valore Nyquist. Quella del “Noise Shaping” è l’altra tecnica per ridurre il rumore di quantizzazione. Negli ADC sigma-delta, a valle del filtro all’interno del loop, viene usato un quan- tizzatore a bassa risoluzione (da uno a cinque bit). Per sottrarre il segnale quantizzato dall’ingresso si utilizza il feedback di un DAC, come illustrato in figura 5. L’integratore continuerà a sommare l’errore di quan- tizzazione, spingendo il rumore di quantizzazione alle frequenze più elevate, che potranno poi essere rimos- se attraverso un filtro digitale. La figura 6 illustra la densità spettrale di potenza ( power spectral density - PSD) dell’uscita x[n] di un tipico ADC sigma-delta. La pendenza del noise-shaping dipende dall’ordine del filtro di loop H(z) ed equivale a (20 × k) dB/decade, dove k rappresenta l’ordine del filtro di loop. L’ADC sigma-delta raggiunge una risoluzione elevata nel- la banda di interesse mediante una combinazione di noise shaping e oversampling. La larghezza di spettro in-banda equivale a fODR/2 (dove ODR è l’output data rate). Si può ottenere una risoluzione più alta aumen- tando l’ordine del filtro di loop oppure incrementando il rapporto di oversampling. Aliasing Per contrastare l’aliasing nelle applicazioni ad alte pre- stazioni, per evitare anche il minimo foldback vengono usati filtri anti-aliasing di ordine più elevato. Un filtro anti-aliasing è un passa basso che limita la banda del segnale d’ingresso e assicura che nel segnale, oltre alla banda di interesse, non ci siano componenti di fre- quenza che possano andare in foldback. Le prestazio- ni del filtro dipenderanno dalla prossimità del segnale fuori banda rispetto a f s /2, e dal livello di attenuazione richiesto. Per gli ADC SAR, la distanza tra la BW del segnale e la frequenza di campionamento non è enorme, per cui ci serve un filtro di ordine più alto, che richiede una progettazione complessa, con maggior consumo e più distorsione. Per esempio, se un convertitore SAR con una frequenza di campionamento di 200 kSPS ha una banda in ingresso di 100 kHz, il filtro anti-alias dovrà escludere segnali d’ingresso >100 kHz per garantire l’assenza di aliasing. Ciò richiede un filtro di ordine molto alto. La figura 7 mostra la pendenza notevole ri- chiesta nella risposta in frequenza del filtro. Scegliendo una velocità di campionamento di 400 kSPS per ridurre l’ordine del filtro, la reiezione sarà necessaria per frequenze d’ingresso >200 kHz. L’au- mento della frequenza di campionamento aumenterà la potenza assorbita, in modo proporzionale. Spingere Fig. 4 – Esempio di sovracampionamento Fig. 5 – Noise shaping Fig. 6 – Tracciato di oversampling e noise shaping Fig. 7 – Requisiti di alias