Aspectos gerais

É certamente amplo o conteúdo bibliográfico relacionado a conversores A/D, trazendo definições bem como uma série de características a serem consideradas. Uma definição simples e direta apresenta o conversor A/D como “um dispositivo ou circuito que traduz um sinal analógico em um número binário” (Sumali Instrumentation and Data Acquisition), ou ainda “um dos blocos fundamentais dos Sistemas de Aquisição e Processamento de Sinais (SAPS), realiza a denominada digitalização do sinal, isto é, determina uma palavra binária correspondente ao nível de tensão na sua entrada” (Martins, J.).

Porém, uma definição que parece sem dúvidas bastante completa é a que apresenta o conversor A/D como um “dispositivo eletrônico que traduz para a representação digital um sinal elétrico analógico que, por sua vez, pode representar diferentes grandezas físicas que são ‘naturalmente’ analógicas.” (Alves, 2003). Isso reporta a uma noção de que o A/D funciona como uma interface entre o mundo analógico e um sistema totalmente digitalizado.

Como qualquer dispositivo eletrônico, o conversor A/D deve apresentar certas características que correspondam às razões de sua utilização no contexto global do sistema, satisfazendo necessidades e atendendo da melhor forma possível a equação de custo/benefício dentro do que se está propondo em qualquer aplicação.

Tais características seguem uma ordem de importância a saber, e quando corretamente identificadas, garantem a boa performance no processo de digitalização. São em geral, segundo (Gaddy, 1995), divididas em dois blocos: o de fatores primários, indicando serem aqueles de maior importância não devendo ser prejudicados e os fatores secundários, mais flexíveis.

Dentre os fatores primários podem ser citados, o grau de precisão exigido pelo sistema, o número de bits de resolução necessários, a velocidade de conversão. Questões relacionadas com a necessidade (ou não) da existência de múltiplos canais de aquisição, e referência de tensão interna ou externa, compreendem os fatores secundários. Segue uma explanação mais detalhada dos mesmos.

• Precisão: em termos gerais, a precisão é utilizada para descrever o quão próximo um conversor chega de sua resolução teórica. Geralmente, o conversor A/D é apenas

um elemento entre tantos constituintes de sistemas que realizam aquisição de dados, o que significa que deve ser mais preciso do que o nível exigido pelo modelo global. Por essa razão, é desejável que apresente um nível de precisão cinco a dez vezes maior que a precisão do sistema completo (Baptista, 2003). Influenciam também na questão precisão especificações como erro de offset, erro de ganho, não-linearidade diferencial (DNL), não-linearidade integral (INL);

• Resolução: em termos gerais a resolução é definida como “o número de bits que um conversor A/D utiliza para representar o sinal analógico” (National Instruments, 1999). Quanto maior o número de bits, conseqüentemente maior é a resolução, isso porque maior é o número de divisões realizadas sobre a escala de tensão do conversor, o que garante que as menores mudanças de tensão podem ser detectadas. “Um conversor A/D de n-bit é capaz de converter um número infinito de valores de entrada analógicos em um conjunto discreto de valores digitais de saída de dimensão 2n-1” (Baptista, 2003). Relacionado à resolução está o LSB (bit menos significativo), definido como sendo “o mínimo incremento de tensão que o A/D pode converter” (National Instruments, 1999). Conseqüentemente, o LSB varia com a escala de tensão de entrada operacional do ADC. Se a “full scale” do sinal de entrada é 10V então o LSB para um A/D de 3 bits corresponde a 10/23 = 1.25V; para um A/D de 12 bits o LSB será 10/212 = 2.44mV. Se há a necessidade de detectar mudanças menores, deve-se utilizar um conversor de resolução maior. A Tabela 4 mostra a relação entre o número de bits de resolução de conversores A/D convencionais e os valores de LSB para algumas escalas de entrada.

Tabela 4: Valor do LSB - relação resolução/escala de entrada

Valor do LSB (bit menos significativo)

BIT CÓDIGO ESCALA 20V ESCALA 5V ESCALA 2V

8 256 78.1mV 19.5mV 7.81mV 10 1024 19.5mV 4.88mV 1.95mV 12 4096 4.88mV 1.22mV 488µV 14 16384 1.22mV 305µV 122µV 16 65536 305µV 76.3µV 30.5µV 18 262144 76.3µV 19.1µV 7.63µV 20 1048576 19.1µV 4.78µV 1.91µV Fonte: Gaddy, 1995

• Tempo de conversão: é caracterizado pelo tempo que o A/D utiliza para converter uma tensão em um conjunto de sinais digitais. Em outras palavras, o tempo de conversão determina quão rápido o A/D pode amostrar um sinal; assim, um tempo de conversão de um microssegundo representa uma capacidade de amostrar sinais cerca de um milhão de vezes por segundo (Introduction to Data Acquisition Systems, 1998). O tempo de conversão pode ser expresso em termos de freqüência ou em unidades de tempo, assim, um conversor de 100kHz apresenta um tempo de conversão de 10ms. Um fator determinante na velocidade em que as conversões são realizadas é a tecnologia utilizada pelo A/D22.

• Sistemas de múltiplos canais: em se tratando de sistemas com múltiplos canais, dois são os caminhos a seguir: multiplexação, ou o uso de vários conversores. O artifício de multiplexação é comumente empregado quando realizando a aquisição de sinais analógicas que sofrem modificações lentas (e.g. temperatura) (National Instruments, 1999). Uma desvantagem relacionada a esta escolha é o risco de surgimento de erros no sistema, originados por desacordos entre os diferentes canais de aquisição. Assim, se o sistema é pouco tolerante a erros, pode ser mais interessante utilizar múltiplos conversores, ao invés de um único multiplexado (Gaddy, 1995).

• Tensão de referência: todos os conversores A/D exigem uma tensão de referência. Esta referência é a responsável por determinar o limite de full scale do conversor, podendo ser ela interna ou externa. Em alguns casos, o fabricante permite ao usuário acessar a tensão de referência, seja para direcionar o conjunto de circuitos externos seja para a entrada de uma referência definida por ele próprio (Gaddy, 1995).