Misure meccaniche - conversione A/D

3/12 Conversione analogico-digitale

t₁ | V₁ t_i | V_i t_n | V_n i valori vengono espressi in bit.

Determinazione di quanti secondi tra una misura e l'altra.

Identifica che acquisisce il segnale e lo digitalizza deve essere adeguato alla velocità di acquisizione.

Convertitore analogico-digitale -> riceve segnale in tensione (Volt) e lo trasforma in bit (0 e 1) -> Misura (analogico -> digitale) Controllo (digitale -> analogico).

Grandezza acquisita da "sensore" -> uscita -> un trasduttore -> tutta parte analogica e comprensibile economicamente.

Fare la conversione digitale.

Ogni strumento solitamente emette:

• Quantizzazione
• Codifica A/D

Conversione analogico-digitale

t | V i valori vengono espressi tramite t₁ | V₁ t_i | V_i t_n | V_n bit.

Determinazione di quanti secondi tra una misura.

Identifico che acquisisce il segnale ed il digitalizza deve essere adeguato alla velocità di acquisizione.

Convertitore anal.-digit.) riceve segnale in tensione in bit (0 o 1), pes. 10. Questa operazione richiede tempi ristabili ed ad alta velocità. Multi Bit consentono un maggiore dettaglio.

Misura (analogico->digitale).

Acquisito da un trasduttore, tutta la parte analogica e componentistica commercio.

Fase la conversione digitale:

Ogni strumento dall'onesto tramite un segnale analogico di tensione (0÷20A) o di corrente (4-20 mA) che deve essere trasformati in una serie di zeri e uno. Ad ogni Δt legge un valore di tensione che viene quantizzato (esso uno stato discreto cioè costante un intervallo di tempo) successivamente codificato cioè viene rappresentato con una stringa di 0 e 1 (codice binario).

• Quantizzazione
• Codifica

Conversione A/D.

Funzione di trasferimento del quantizzatore

Funzione che trasforma una lettura in volt - una stringa di codice binario.

Il numero di bit disponibili corrisponde alla risoluzione.

In modo di avere una rappresentazione più precisa (immagini & messaggi grafici = maggiore risoluzione).

Questo = _fonsod²ⁿ.

Un segnale di tensione nel tempo:

Il principio è solamente maggiore risoluzione.

L'aggiunta aumenta la risoluzione.

Il segnale aumenta l'ampiezza.

Molte combinazioni di codici sono utilizzabili per la conversione A/D.

Codice Gray

Codice Gray.

È costruito affinché ogni cifra differisca dalla precedente e dalla successiva per un solo bit quando cambio la sezione doppia a cui riferirà il cambiamento di una cifra alla volta minimizza gli errori.

Detto anche codice riflesso per la simmetria tra le cifre.

Binario Gray 0000 - 0000 0001 - 0001 0010 - 0011 0011 - 0010 0100 - 0110 0101 - 0111 0110 - 0101 0111 - 0100.

Ogni bit Gray è costruito da destra a sinistra sostituendo alla cifra binaria lo stesso sommato a quello alla sua sinistra.

Es. Binario Gray 0010 - +0+1=1 -> 0010 - 0011 1+0=1 -> - - 11 0+0=0 -> - 011 0+0=0 -> 0011.

In alcuni casi il range di tensione di tensione può variare tra valori negativi (es -5¸5 V). Per descrivere ciò vengono usati gli off set binario, ovvero il minor valore negativo è rappresentato dal codice con tutti zero (-5V ¸ 0000).

Frequenza di campionamento

Frequenza di campionamento.

Problema Aliasing.

Teorema del campionamento.

Se un segnale è continuo a banda limitata inferiori ad fe allora il segnale campionato è campionato ad una frequenza f_e >2f… utilizzano un filtro passa-basso anti-aliasing automatico per frequenze superiori a: ¹/₂f.

• Aumento fe (aumento costi)
• Filtro anti aliasing a mandato del convertitore

Ideale composto costruiti da resistenza capacità reale e funzionano analogicamente redandato ha una zona di transizione.

Filtri strumenti da ridurre.

I filtri possono essere realizzati.

Filtro passivo di strumenti: I ordine

Vi = i Ri + V2.

Vn2 = ¹/_C ∫i dt, i = C ^dVn2/_dt.

V₁ = Ri_edV₂/_dt + V₂ V₂(RCD + 1) = V₁.

γ = RC^V₂/_V1(iw) = ¹/_1+iRCiw.

L’effetto di carico

L’effetto di carico.

Nel circuito finale vado a leggere la tensione nella resistenza di misura Rm deve essere maggiore affinché la resistenza di carico sia piccola.

Segnale si modifichi per effetti di carico.

V₁ = V₂ + i₂R_i.

i₂ = i₁ + i₂.

V₂ = ^i₂/_ε C ∫ i₂ dt.

V₂ = R_m ε₂ => V₁ = V₂ + R_iC ^dV₂/_dt + R_m^V₁/_Rm.

Se ^R_m/_R => ^Vi/_{R + Rm} = V₂ + R_m C ^dV₂/_dt.

= V₂ ( 1 + ^{( +} /_Rm C ) ).

Senza ^R_m/_R effetto di carico V^m/_Vi = ¹/_{( 1 + iwRC}) => V₂ ( 1 + iwRC ) = V₁.

Se è A come "trascurabile influisce sulle ampiezze e sulla costante di tempo la rende più piccola e i valori della misura sostanzialmente variano sensibilmente.

Per superare questo vengono usati i filtri attivi.

Filtri attivi

Filtri attivi.

Utilizzano operazioni non lineari per amplificare il segnale e tagliare contemporaneamente.

Schema di un filtro attivo:

Il segnale filtrato (passa-basso), il dispositivo operazionale è caratterizzato di avere un blocco d'impedenza d'ingresso e di feedback.

La funzione di trasferimento è configurazione per utilizzarlo come filtro passa basso, si muta una la maggior parte degli amplificatori, spesso eseguendo una resistenza specifica filtro.

Attivi con metodo elevati e sono configurabili, si può decidere quanto amplificare e dove tagliare.

L'incertezza sul tempo di digitalizzazione potrebbe essere ancora molto rilevante.

L'incertezza deriva per un determinato tempo a variazione del segnale. Quando i segnali variano molto rapidamente, è necessario un campionatore veloce.

Sample & Hold

Sample & Hold (S/H), è un componente che serve a campionare tenendo il valore costante.

Quando è chiuso capacità si carica, quando è aperta, capacità scarica la tensione con un valore costante.

Chiusura ed apertura a tensione costante quando campionato chiuso, aperto mantiene un segnale costante, e così via.

Amplificatori e segnali

Amplificatori: guardano amplificazione ed adattivo, il segnale sono alimentati tramite varie f.t.c. per il più in amplificatori con 4 componenti.

Gli amplificatori invertente sono orientati a differenziali, gli misura.

• Si utilizzano per segnali riferiti a terra (grounded)
• Per segnali sia grounded sia per segnali floatings

Solamente la corrente riesce a essere riferita quelle dell'alimentazione (es. 220V) tutti i segnali.

Segnali riferiti: alla terra con sorg.type. (oscillazione tra zero e valore ±) con sorgi.floating, invece, segnali possono essere a batteria o oscillazione interno allo zero.

Esempio termocoppie di fosofi piezoelettrici segnale.

Trasporto della provenienza del segnale è necessario organizzare il flusso di.

Determine al tipo di segnali configurazione di attacco segnali di similazione in differenziale e single-ended.

Configurazione ingresso architettura \ / ---------> V_o.

Configurazione differenziale / \ ---------> V_o.

Single-ended floating viene collegato sempre in differenziale.

Grounded si collega in single-ended ma è collegabile anche in differenziale.

Il problema? Possibile rumore \Noise estat sul cavo che entra nell'amplificatore.

• Le due terre siano diverse (possono oscillare i tre volt differenza)

Vengono amplificati anche (V₆₁ - V₆₂) differenza tra le quelle differenziali (maggiore sono i rifiuti).

Il \Noise si elidono sui cavi e le (rumore di modo).

Nessun problema delle differenza tra terre.

Vengono anche detti Convertitori S&H sincronici e tenuto.

Convertitori analogico-digitale

Convertitori analogico - digitale (LI) analogico V(t) digitale.

Esistono moltissimi tipi di convertitori con diversi parametri.

Campionamento.

N di bit.

Incertezza e accuratezza.

Convertitore A/D ad integrazione

Convertitore A/D ad integrazione.

V_in, tensione da convertire in una stringa di bit.

Assumiamo che V_in entri in valore costante (con S/H).

L'integratore è caricato con il V_in per un tempo t₁.

_{Trascurando l'inizio del ciclo}.

Integratore, integrazione del valore in entrata.

L'integratore è compensato dove V_in = t₂ V_rif t₁.

Clock del calcolatore per quantizzare Vin viene trasformato in una misura di rapporto tra tempi dove T₁ è fisso perché vengono calcolati il numero di impulsi n₂ per portare V_out a zero dopo n₁ impulsi; perciò risalgo alle variabile in fondoscala che mi fa risalire a Vin.

Viene definito a doppia pendenza perché:

• La pendenza della curva di salita
• La pendenza della curva di discesa

Pendenza impressa di fondo scala _finodizare.

Tempi fissati m misurato.

Per questo processo è necessario ad esempio una tensione costi.

L’uso oggi di questo A/D è ormai scemato viene usato l’integrale in cui rumore dont’ infuise sulle misura (integrale misura linee).

Convertitore A/D Flash

Convertitore A/D Flash (N=4 bit).

V_rif 2^N parti Vin.

• Viene diviso in 2^N parti

Separata da 4 LSB trasmire le R che definiscono (N-1) soglie (V_ref).

N=k bit di uscita.

• Verrà sfrutto il principio che lavora in parallelo lì tutti i livelli in quantizzazione

Sfrutta principio di resistenza.

No sulla serie de resistenze viene applicato il V_ref che ognuno rappresenta un gradino (quello in fondoscala) avrò resistenze per ogni 2^N resistente (N) per cadauno.

V_in la tensione V_in div a quale resistenza d resistenze restituendo in collocato su del livello indirescati i tutti. ^{parallellizzati}.

Per aumentare il numero di bit è necessario aumentare il numero di problemi il riproblemo e resistenze resistenze uguali.

Solitamente mai superiori a 6-8 bit Convertitore A/D 8bit in parallelo.

Prima conversione a 4 bit che entra in memoria.

Operatore somma con segno negativo.

Convertitore SAR

Convertitore SAR (Successive Approximation Register).

Procedimento viene ripetuto periodicamente con la frequenza pilotata dal clock e la frequenza di trasmissione.

V_in -> (>S/H) -> Comparatore.

Alcune le schede di conversione A/D hanno bisogno di taratura ed hanno una loro tolleranza e non linearità.

Offset (b).

Guadagno (m).

Linearità.

Errore di offset che trasla tutto il risultato A/D convertito.

Ottengono una variazione della zero.

Gain error e una variazione della pendenza.

Errore sistematico del convertitore.

La non linearità vuol dire che interpolante non è una retta. Questo può avvenire quando ad esempio i gradini della splinata non con tutti uguali.

Anche il range di temperatura influiscono su ... che dipendono dal tipo di circuiti testinati (es. commerciale, industriale, militare/aerospaziale).

Convertitore digitale-analogico (DAC)

Convertitore digitale-analogico (DAC).

Lo stringo di bit viene convertito in tensione.

V_rif.

Convertitore Ladder.

DAC "Ladder".

Ingresso di n bit.

Ingresso di un certo numero di bit, in uscita un valore di tensione.

Il numero di bit è una percentuale del fondoscala della tensione V_rif.

R_ref è la resistenza R_f che fa riferimento al numero di bit, essa è formata da una note di resistenze in parallelo, pesate e connesse con switch pilotati dai bit.

La resistenza vale 2ⁿR_ref decrescendo di un expo ad ogni resistenza.

Tensione di uscita sarà pari a V_out=V_rif dove R_out 2ⁿR 2^n-1R considerando ogni resistenza del bit considerato.

Convertitore digitale-analogico (DAC) ladder

Convertitore digitale-analogico (DAC).

Lo stringa di bit viene convertito in tensione.

Stringa di bit.

DAC.

Convertitore Ladder.

Ingresso di un certo numero di bit, infatti un valore di tensione.

V_rif -> Convertitore D/A = R_L.

Ladder.

Ingresso di n bit.

Numero di bit e una percentuale del fondoscala della tensione V_rif.

Nella ladder R_f è la resistenza R_L che fa riferimento al numero di bit, essa è formata da una rete di resistenze in parallelo connesse con deviatori pilotati dai bit V_rif 2ⁿ.

Aggiungendo una resistenza valore 2^R decrescendo di un'eguaglio a resistenza la tensione di uscita sarà pari V_ar = V_rif R_f / R_L dove 1 / R₁ + 1 / 2^R1 + 1 / 2^R + 2^R considerando ogni resistenza del bit considerato.

Sistema di acquisizione dati

Sistema di acquisizione dati.

I parametri caratteristici sono:

• Numero di bit
• Quantità di canali
• Il campionamento per ogni canale
• Profondità di memoria per ogni canale

Collegamento con il punto di che processa i dati misurati (loss).

Buffer dati circolare (Circular Buffer): punto in cui i dati vengono scaricati al buffer e poi nella memoria del computer. Finito lo spazio di scrittura si ricomincia a scrivere dall'inizio (circolare) mentre i dati che vengono sovrascritti sono acquisiti dalla memoria del PC.

Per acquisizione di molti canali può essere problematico per un segnale veloce.

Per misure statiche, le grandezze nei n canali.

Tensione.

S/h Amux a misura non è complicata mis. statiche (costanti) (NO S/H).