Il condizionamento del segnale è l'insieme degli interventi che occorre effettuare sul segnale (normalmente generato da trasduttori o sensori) affinché questo possa essere successivamente elaborato in maniera corretta, sfruttando al meglio le caratteristiche di ogni singolo componente. Le principali operazioni che caratterizzano il blocco di condizionamento del segnale sono elencate di seguito.
Amplificazione
L'amplificazione del segnale sorgente è necessaria per risolvere problemi quali:
Ampiezza limitata del segnale prodotto dal trasduttore, la natura ditale segnale e le modalità più adatte per amplificarlo (per esempio l'uso di amplificatori differenziali ad elevato CMRR);
Adattamento dell'ampiezza del segnale sorgente alla dinamica di ingresso dei successivi dispositivi della catena di acquisizione. È preferibile che tale dinamica venga sfruttata interamente;
Decadimento dell'ampiezza del segnale in punti diversi della catena di acquisizione.
Con il termine amplificazione si identifica anche la scelta delle configurazioni amplificatrici e del tipo di operazionali da adottare.
Linearizzazione
Talvolta la linearità dei trasduttori non è soddisfacente. Ciò significa che le variazioni del segnale da essi generato non sono proporzionali alle corrispondenti variazioni del segnale da essi rilevato. In questi casi, quindi, l'andamento del segnale generato dal trasduttore non equivale a quello rilevato. Per evitare che la successiva conversione analogico - digitale avvenga sul segnale distorto è necessario procedere alla linearizzazione del segnale generato dal trasduttore.
Trasmissione
Spesso il segnale deve essere inviato a distanze anche ragguardevoli e in quella destinazione ulteriormente elaborato. Tali distanze possono variare da qualche metro alle centinaia di metri fino ai chilometri. Si pensi, per esempio, al controllo centralizzato di un reparto robotizzato per l'assemblaggio e la saldatura di carrozzerie di autoveicoli. I movimenti e le singole azioni dei bracci dei vari "robot" possono essere controllati mediante il rilevamento del segnale di molti sensori. Questi segnali possono anche essere parzialmente elaborati in loco ma, in ogni caso, il controllo e la complessiva sincronizzazione avvengono mediante una centrale di elaborazione alla quale devono confluire i segnali dei sensori di tutti i robot. E necessaria, quindi, la trasmissione dei segnali alla suddetta centrale di elaborazione. In questa situazione le distanze di trasmissione possono essere valutate nell'ordine delle centinaia di metri. Pertanto, quando è necessario trasmettere a distanza il segnale, occorre individuare tra i metodi di trasmissione disponibili quello che meglio si adatta all'applicazione in esame.
Isolamento
Per quanto concerne la catena di acquisizione dati, con questo termine si individuano le procedure che consentono di salvaguardare il segnale da interferenze di qualsiasi tipo che possono distorcere il segnale stesso. In questo senso l'isolamento deve essere tanto più consistente ed efficace quanto più il segnale da trattare è "delicato" Si pensi, per esempio, alle apparecchiature di monitoraggio delle funzioni vitali di un paziente in sala operatoria. In questi casi è evidentemente indispensabile che il segnale rilevato non sia soggetto a nessun tipo di distorsione provocata da cause esterne. Questi problemi vengono spesso affrontati mediante configurazioni differenziali o amplificatori per strumentazione ad elevato CMRR, e mediante appropriati amplificatori di isolamento.
Filtraggio
Nella catena di acquisizione dati il filtraggio si ottiene con filtri passa - basso. La necessità di filtrare il segnale è sostanzialmente duplice.
Eliminazione dei disturbi ad alta frequenza.
Garanzia della corretta operazione di campionamento. Questo aspetto sarà ripreso quando verrà esaminato il blocco di campionamento.
Multiplexaggio
Spesso i segnali analogici da convertire in forma digitale sono in numero superiore a uno. E possibile fare in modo che un unico blocco di conversione elabori più segnali mediante l'impiego di multiplexer analogici (analog multiplexer). L'aspetto funzionale di questi dispositivi è identico a quello dei multiplexer digitali. Come questi ultimi, infatti, anche i multiplexer analogici sono dotati di n selettori degli ingressi, e quindi di 2 ingressi di segnale, e una uscita. L'unica differenza consiste nel fatto che gli ingressi e l'uscita dei multiplexer analogici sono, appunto, analogici e non digitali. Questi dispositivi, pertanto, non sono realizzati mediante reti combinatorie, bensì per mezzo di interruttori (normalmente di tipo CMOS) che consentono l'apertura e la chiusura del generico ingresso analogico e il suo invio all'unica uscita del dispositivo. Per tali ragioni nella catena di acquisizione l'operazione di multiplazione richiede un preventivo intervento sul generico segnale di ingresso in modo tale da trasmettere in uscita dal multiplexer la corretta porzione di segnale analogico da convertire in forma digitale. Tale operazione è il campionamento e, pertanto, come per il filtraggio, anche la fase di multiplexaggio verrà considerata quando esamineremo la suddetta operazione.
Per completezza occorre segnalare anche l'esistenza degli interruttori analogici (analog switches). Si tratta di dispositivi integrati che contengono un numero finito di interruttori analogici separati dello stesso tipo di quelli utilizzati nei multiplexer analogici. L'apertura e la chiusura di ogni singolo interruttore vengono governate da un comando esterno che pilota ciascun interruttore. Questo tipo di interruttori, generalmente bidirezionali, può essere utilizzato anche per segnali digitali. Nella catena di acquisizione, ovviamente, sono privilegiati i multiplexer analogici.
Come si nota, il condizionamento del segnale deve soddisfare un insieme di esigenze e problematiche complesse e diversificate che, a loro volta, variano e si specificano in relazione a ogni singola e particolare applicazione. Le operazioni che definiscono il condizionamento del segnale, e la relativa circuiteria che lo realizza, pertanto non sono definibili a priori ma possono essere determinate:
analizzando il tipo di segnale da trattare in modo da evidenziarne tutte le particolarità (sorgente e relativa impedenza di uscita, spettro armonico, ampiezza, distorsioni)
Valutando il numero di segnali da elaborare e i corrispondenti spettri armonici;
Considerando i problemi connessi alle distanze di trasmissione e al metodo di trasmissione adottato, ai punti di possibile decadimento del segnale e di interferenza;
Valutando la presenza di rumore di vario tipo che può distorcere il segnale (in qualsiasi punto della catena) e provvedere agli interventi necessari (per esempio il filtraggio);
Considerando le caratteristiche elettriche e le prestazioni, quali la dinamica di ingresso e dì uscita, dei singoli dispositivi (normalmente integrati) che si decide di utilizzare, in modo da garantirne il corretto accoppiamento e ottenere la resa migliore dell'intero sistema di acquisizione;
Valutando le caratteristiche funzionali del sistema di elaborazione (mP - PC o altro) e del software scelto per il trattamento dei dati.
Definendo e valutando gli obiettivi che si vogliono raggiungere con l’elaborazione del segnale analogico convertito in forma digitale.
