ELETTRONICA II

Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino

Parte F: Conversione A/D e D/A Lezione n. 28 - F - 5:

Circuiti di Sample-Hold

Riferimenti al testo

• Millman-Grabel:

Cap. 16: Signal conditioning and data conversion

16.1:Sample-and-hold systems

Descrizione funzionale

• Scopo del modulo di Sample/Holdè campionare il segnale di ingresso(Sample), e mantenerlo costante peril tempo di conversione.

• Un esempio di questa operazione èstato visto nell’esperienza dilaboratorio della lezione 24.

Esperienza di laboratorio

• Segnale continuo ecampionato/mantenuto da esercitazioneabbinata a lezione 24

Circuito di S/H

VI

VC

VO

CD4066

10nF

½TL082½TL082

VC90µs 10µs

-5V

5V

VCC = ±5VVI f=800Hz

Schema funzionale di S/H

S/HVI VO

VC

segnale diingresso(analogico)

segnale diuscita(campionato)

segnale dicomando(binario)

Segnale campionato

A

t

TS

Segnale campionato e mantenuto

A

t

Segnale inseguito e mantenuto

A

t

Segnale inseguito e mantenuto

A

t

Hold

Sample

Convertitori A/D e D/A - 5

• Definizione funzionale diSample/Hold

• Classificazione degli errori

• Circuiti base per Sample/Hold

• Interruttori elettronici

Fasi di funzionamento

• Sample (track) segue l’andamento delsegnale di ingresso

• Hold mantiene l’ultimo valorepresente nella fase di sample

• transitorio da Sample a Hold

• transitorio da Hold a Sample

Segnale campionato e mantenuto

A

t

Hold

Sample

H HHS SS

H-S H-S S-HS-HS-H

Fase di sample

• Per A = 1, uscita uguale all’ingresso

• Errori simili a quelli di un voltagefollower (o di un qualsiasi amplificatorein linearitá):

errore di guadagno εG

errore di offset εO

(errori di non linearitá)

slew rate

Transitorio Sample-Hold

• Il comando viene eseguito con ritardo:tempo di apertura: tA

jitter di apertura: ∆tA

• Il valore di tensione immagazzinato èdiverso da quello presente all’istante delcampionamento:

errore di piedestallo εP

• Transitorio di assestamento

Transitorio da Sample a HoldHold

SampleHS

A

t

tA + ∆tA

εP

Fase di Hold• Il livello in uscita dovrebbe restare

costante

La tensione in uscita variaerrore di DECADIMENTO

• Il segnale di ingresso modifica l’uscitaerrore di FEEDTHROUGH

• Il dielettrico conserva memoria dellapolarizzazione precedente

POLARIZZAZIONE DIELETTRICA

Transitorio Hold-Sample

• L’uscita dovrebbe riportarsiistantaneamente al nuovo valore delsegnale di ingresso

• In un circuito reale, l’uscita si porta entrouna determinata fascia d’errore rispetto alsegnale di ingresso con un ritardo detto

TEMPO DI ACQUISIZIONE

Convertitori A/D e D/A - 5

• Definizione funzionale diSample/Hold

• Classificazione degli errori

• Circuiti base per Sample/Hold

• Interruttori elettronici

Circuito base

SW: interruttore di campionamento

C:condensatore di mantenimento (memoria)

VI

VC

VO

C

SW

Errori nel circuito base• Partizione tra RG e RL:

errore di guadagno

• Il condensatore si scarica sul carico:errore di decadimento

• Carica del condensatore attraverso RON:aumenta il tempo di acquisizione

• Parametri parassiti di SW:errori di feedthrough e piedestallo

Circuito con Voltage Follower

VC

VO

isola C dal carico

C

SW

VI

Circuito con Voltage Follower

VC

VO

VI

isola l’ingresso da SW-C

isola C dal carico

C

SW

Circuito S/H del laboratorio

CD4066

10nF

½TL082½TL082

VCC = ± 5V

VC

VO

VICSW

Spostamento della reazione

VC

VO

VICSW

Errori di offset e di guadagno pari alla somma degli errori dei due Voltage Follower

Spostamento della reazione

VC

VO

VICSW

L’interruttore rimane entro l’anello del primo VF

Spostamento della reazione

VC

VO

VICSW

Tutto il sistema diventa un unico Voltage Follower

Varianti al circuito con V.F.

• Reazionare il II operazionale inmodo da avere un guadagno > 1 (allimite anello aperto)

• Inserire altri interruttori per evitarela saturazione del primooperazionale

• Reazionare tutto il circuito per unguadagno > 1

Sample-Hold a integratore

VO

C

VC

SWVI

R

R

Sample-Hold a integratore

VO

C

VI

R

R

Amplificatore conguadagno = -1:VO = - VI

S/H a integratore non invertente

VC

VOVI

C

SW

A interruttore aperto il condensatore mantiene costante la carica

A interruttore chiuso tutto il sistema è un unico Voltage Follower

Origine degli errori• Errore di guadagno εG:

guadagno ad anello aperto tolleranze delle resistenze di reazione

• Errore di offset εO: offset degli operazionali

• Decadimento corrente di perdita degli interruttori corrente di polarizzazione degli operazionali

• Piedestallo, feedthrough, polarizzazione dielettrica parametri parassiti degli interruttori,condensatore

Sistemi di Sample/Hold

• Definizione funzionale diSample/Hold

• Classificazione degli errori

• Circuiti base per Sample/Hold

• Interruttori elettronici