Convertitori a scorrimento digitale: tutto ciò che devi sapere

Cosa è un convertitore a scorrimento digitale?

• Telecomunicazioni: i segnali analogici trasmessi attraverso una rete di telecomunicazioni vengono spesso convertiti in segnali digitali mediante l'utilizzo di un CSD.


• Instrumentation: i CSD trovano largo impiego nella strumentazione elettronica per la misura di grandezze fisiche come la temperatura o la pressione.


• Elaborazione audio e video: i segnali audio e video, che sono originariamente analogici, vengono convertiti in digitale mediante l'utilizzo di un CSD. Questo permette di effettuare manipolazioni del segnale più facilmente e precisamente.


• Sistemi di controllo ad alta precisione: i CSD vengono utilizzati per controllare motori e altri sistemi in grado di sfruttare fino all'ultimo bit dell'informazione digitale generata dal dispositivo.

Conclusioni

Un convertitore a scorrimento digitale (DSC) è un dispositivo hardware che converte un segnale analogico in un segnale digitale. Il DSC utilizza una tecnica nota come "scorrimento" per la conversione del segnale analogico. Nella tecnica di scorrimento, il valore dell'ingresso viene spostato gradualmente lungo una catena di registri, e vengono applicate le operazioni logiche appropriate per convertirlo in un formato digitale.
Le informazioni più importanti riguardanti i DSC sono:
- I DSC sono utilizzati in molti dispositivi elettronici, tra cui sensori, strumenti di misura e controllori industriali.
- DSC può essere utilizzato per effettuare la correzione delle non-linearità analogiche nei sistemi di controllo.
- La risoluzione di un convertitore a scorrimento digitale può essere aumentata aggiungendo semplicemente altri registri.

2. Come funzionano i convertitori a scorrimento digitale?

I convertitori a scorrimento digitale hanno generalmente due parti principali: il registro seriale e l'unità di sottrazione binaria. L'ingresso analogico viene trasmesso al registro seriale, dove il valore viene costantemente spostato tra i vari registri.
Quando gli ingressi ai singoli bit dei registri sono determinati da circuiti logici adeguati, si ottiene una conversione fra numeri binari corrispondenti ai valori d'ingresso in modo tale che ad ogni passaggio la conversione acquisisca un bit; il valore digitale completo sarà formato dalla concatenazione dei singoli bit prodotti in ognuna delle fasi.
Le informazioni più importanti riguardanti il funzionamento dei DSC sono:
- Il segnale analogico viene convertito gradualmente in una sequenza di bit digitali mentre scorre lungo il registro seriale.
- Il segnale digitale d'uscita viene determinato dall'unità di sottrazione binaria che confronta la tensione del campione d'ingresso con una serie di tensioni interne note che rappresentano il risultato della divisione fra la tensione massima e l'altezza complessiva dell'intervallo dinamico.
- La precisione di un DSC dipende dalla quantità di registri inclusi nel circuito.

3. Quali sono le principali applicazioni dei convertitori a scorrimento digitale?

I convertitori a scorrimento digitale hanno diverse applicazioni, tra cui: strumentazione per la misura e il controllo industriale, automazione industriale, sensori intelligenti, lettori di codice a barre e telefoni cellulari. Sono anche utilizzati nella demodulazione PCM (Pulse Code Modulation) e nelle comunicazioni dati trasmissibili digitalmente.
Le informazioni più importanti sulle applicazioni dei DSC sono:
- I DSC sono comunemente usati in sistemi embedded perché richiedono meno risorse hardware rispetto ad altri metodi di conversione analogico-digitale usando microprocessori.
- I DSC possono essere utilizzati per implementare filtri digitali, memorizzare e recuperare informazioni da segnali digitalizzati ed eseguire la correzione delle non-linearità analogiche.
- L'implementazione di dispositivi hardware utilizzando DSC ha diversi vantaggi in termini di efficienza e velocità operativa.

4. Qual è il limite di risoluzione dei convertitori a scorrimento digitale?

Il limite di risoluzione di un convertitore a scorrimento digitale dipende dal numero di registri inclusi nel dispositivo. Più registri sono presenti, più precisa sarà la conversione del segnale analogico in un segnale digitale. Tuttavia, l'aumento del numero dei registri può anche aumentare il tempo necessario per completare una conversione.
Le informazioni più importanti riguardanti il limite di risoluzione dei DSC sono:
- La precisione del convertitore aumenta linearmente con il numero dei registri inclusi nel circuito.
- Il tempo necessario per completare una conversione dipende dal numero dei registri e dalla frequenza dell'orologio usato nel circuito.
- Per ottenere una maggiore risoluzione, può essere necessario avere supporto da parte della circuiteria esterna al DSC per raggruppare o smistare i dati prodotti dai singoli bit digitali.

5. Quali sono le differenze tra i convertitori a scorrimento digitale e gli altri tipi di convertitori A/D?

I DSC differiscono dagli altri tipi di convertitori A/D in quanto la loro tecnica di conversione è basata sulla progressione seriale e sulla logica binaria piuttosto che sull'utilizzo degli integrati operazionali (Op-Amp). I principali tipi di convertitori A/D sono a rampa, ad approssimazione successive e con ripartitore di carico.
Le informazioni più importanti riguardanti le differenze tra i DSC e gli altri tipi di convertitori A/D sono:
- I convertitori a rampa utilizzano un integrato operazionale per caricare con una determinata scadenza un condensatore, il cui voltaggio è diretto in un comparatore; il valore di volt del campione nell'ingresso dell'integrato stabilirà quando il teller deve essere fermato.
- Il metodo delle approssimazioni successive impiega un set di interruttori per eseguire la conversione. Ogni ciclo permette di approssimare sequenzialmente la tensione di ingresso fino a quando ai registri non rimane altro che determinare quale sia l'intervallo target.
- I ripartitori di carico basano il loro funzionamento sulla somma ponderata dei valori presentati alle varie posizioni dello strumento. In questo modo si fornisce una zona precisa della tensione in uscita, ma allo stesso tempo viene sprecata molta energia in quanto tutte le resistenze campionatrici vengono alimentate contemporaneamente.