CONVERTITORI A/D AD INTEGRAZIONE

 

INTRODUZIONE

I convertitori analogici digitale ad integrazione realizzano una conversione ad alta risoluzione con una buona reiezione al rumore. Questi convertitori sono ideali per digitalizzare segnali a bassa banda e sono usati per applicazioni come multimetri digitali e misuratori da pannello. Questi spesso includono driver per LCD o LED e possono essere usati senza l'ausilio di un microcontrollore. Il seguente tutorial spiega come gli A/D ad integrazione funzionano. La discussione include la conversione ad singola, doppia e multipla rampa. Anche una approfondita analisi della architettura sarà discussa. Infine un confronto con le altre architetture di ADC ci aiuterà alla compressione dei pregi e difetti di questi convertitori

Architettura a singola rampa ( Single slope )

La più semplice architettura di un ADC ad integrazione e' quella in cui si utilizza una singola rampa di integrazione. In figura 1a e 1b e' riportato lo schema di massima di un ADC a singola rampa.

Figura 1: Architettura a singola rampa ( Single slope )

Una tensione di ingresso VIN e' integrata da un integratore realizzato mediante un amplificatore operazionale, una resistenza R e un condensatore C. L'uscita dell'integratore VINT e' comparata con un riferimento di tensione VREF mediante un comparatore. Indichiamo con TIN il tempo necessario perché la tensione VINT uguagli VREF e quindi che scatti il comparatore. Per lo schema di figura 1 possiamo scrivere:

VINT = [t / (R*C)] * VIN

per t = TIN si ha

VINT = VREF

ovvero

[TIN / (R*C)] * VIN = VREF

da cui

TIN = (VREF / VIN) * R * C

La tensione di riferimento deve avere buon caratteristiche di stabilita e di accuratezza per garantire una conversione accurata. Un difetto di questo approccio e' la dipendenza della accuratezza dalla tolleranza dei valori di R e di C. Questi valori possono variare dal 1% al 20 % sia per motivi di produzione sia per dipendenza dalla temperatura, umidità, pressione, ecc. Grosse differenze dei valori di C e di R rispetto ai valori nominali rendono la misura poco accurata e difficilmente riproducibile. Per superare questa sensitività della conversione ai valori dei componenti si ricorre ad un architettura detta a doppia rampa di conversione (Dual Slope -DS ADC).