Quantizzazione e convertitori ADC: gradinata, inseguimento, approssimazioni successive, doppia rampa

Quantizzazione e risoluzione

La quantizzazione assegna a ogni campione analogico un valore discreto espresso in bit. Il passo minimo è il LSB: $LSB = \frac{V_{FS}}{2^n}$ dove $V_{FS}$ è la tensione di fondo scala e $n$ il numero di bit. L'errore di quantizzazione è la differenza tra il valore analogico reale e quello digitale assegnato; il valore massimo è $\epsilon_{max} = \pm \frac{LSB}{2}$. La risoluzione corrisponde a $2^n$ livelli: aumentando $n$ si riduce l'errore, che resta sistematico e non eliminabile.

Architetture ADC

• Gradinata: contatore e DAC, confronto fino a $V_{DAC} \geq V_{in}$; tempo massimo $T_{max}=2^n \cdot T_{clock}$, semplice ma lento.
• Inseguimento: contatore up/down che segue il segnale; adatto a variazioni lente, inefficiente nei grandi transitori.
• Approssimazioni successive (SAR): ricerca binaria, un bit per ciclo, $T_{conv}=n \cdot T_{clock}$; buon compromesso velocità/precisione.
• Doppia rampa: integra $V_{in}$ per $T_1$ fisso, poi $V_{ref}$ fino a zero; $V_{in}=V_{ref}\cdot\frac{T_2}{T_1}$. È immune al rumore di rete se $T_1$ è multiplo di 20 ms, ma è lenta e precisa.

La scelta dipende da velocità, precisione e immunità al rumore; per acquisizione dati standard il SAR è spesso preferito.