Studio ed analisi dei sistemi di conversione analogico-digitale: il caso del convertitore delta-sigma

Questo elaborato si propone lo scopo di analizzare i sistemi di conversione analogico-digitale ed in particolare i convertitori sigma-delta. Nel primo capitolo si affrontano le tre principali fasi della conversione, quali il campionamento del segnale, la sua quantizzazione e la codifica in codice binario. Si vedrà l’importanza dell’utilizzo di un circuito sample-hold nella fase di campionamento per il mantenimento dell’integrità della conversione, e si introduce il teorema di Nyquist, fondamentale per prevenire l’effetto aliasing. Si mostra come la quantizzazione, necessaria per discretizzare l’insieme dei valor assunti dal segnale, immetta una componente di rumore chiamato errore di quantizzazione; si calcola la sua potenza, analizzandone poi gli effetti sul parametro SNR. Dopodiché vengono elencati i vari codici utilizzati per codificare i dati in codice binario. Nel secondo capitolo si illustrano alcuni dei principali parametri che caratterizzano i convertitori analogico-digitali, per poi mettere a confronto le tipologie di convertitori ad oggi in uso, con i loro pregi e difetti. Nel terzo capitolo si studia in particolare il convertitore sigma-delta e i principi che stanno alla base del convertitore, come la modulazione sigma-delta e le due funzioni di trasferimento STF ed NTF, l’oversampling e la sua capacità di distribuire il rumore di quantizzazione al di fuori della banda del segnale, e il noise shaping che ha la funzione di spostare ulteriore rumore al di fuori della banda di interesse. Si valutano le due componenti base del convertitore, il modulatore e il filtro digitale e il loro funzionamento; si considerano i due filtri di tipo FIR maggiormente usati, le loro caratteristiche e i casi in cui questi vengono utilizzati. Infine, si fanno alcune considerazioni sui convertitori di ordine superiore e su come questi siano in grado di aumentare ulteriormente le prestazioni della conversione.