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E dif´ıcil datar com precis˜ao o desenvolvimento do primeiro conversor ou qual foi a forma que tomou. Os registos mais antigos duma DAC n˜ao correspondem a um sistema el´etrico mais sim hidr´aulico. Na Turquia, sobre o imp´erio Otomano, existiam problemas quanto `
a ´agua da rede p´ublica e assim foram feitos sistemas sofisticados para medir este recurso precioso. Para isso faziam entrar ´agua por um canal que era depois doseada pela abertura de canais com um fluxo de ´agua com peso bin´ario. Assim o sistema teria um principio de
funcionamento semelhante `as DACs el´etricas atuais, com uma entrada de ´agua proveniente de um ribeiro e uma sa´ıda pesada controlada pelo operador. Existem outros sistemas mais antigos ou contemporˆaneos deste com o recurso ao mesmo princ´ıpio. A figura do esquema de funcionamento ´e apresentada na figura seguinte.
Figura 2.18: Esquema de funcionamento de uma DAC hidr´aulica para sistemas de distri- bui¸c˜ao de ´agua [22].
Mais tarde, no in´ıcio do s´eculo XX, conversores anal´ogicos digitais e digitais em anal´ogicos foram utilizados no ˆambito das comunica¸c˜oes com recurso a telegrafo. O si- nal enviado era quantificado por uma ADC enviado em modo s´erie e depois reconstruido analogicamente por uma DAC. Estes eram parte fundamental de comunica¸c˜ao com recurso a PCM [22].
A necessidade da utiliza¸c˜ao de conversores em v´arios dom´ınios aparece para resolver o problema da transforma¸c˜ao de um sinal quantificado para um sinal cont´ınuo ou o inv´es. A transforma¸c˜ao de dom´ınios digital para anal´ogico ou o contr´ario pode ser necess´aria entre sinais com o mesmo cariz (el´etrico, ´otico, hidr´aulico, de temperatura) ou entre diferentes. Neste trabalho o uso deste tipo de dispositivo para transforma¸c˜ao de sinais digitais el´etricos em anal´ogico ´otico apresentar´a vantagens muito significativas para a ´area das comunica¸c˜oes vis´ıveis.
2.8.1
Arquiteturas comuns de conversores D/A no dom´ınio el´e-
trico
Al´em da necessidade de receber o sinal com um maior alcance e menor introdu¸c˜ao de componentes de ru´ıdo e n˜ao linearidades, ´e preciso que este sinal seja emitido com o maior grau poss´ıvel de fiabilidade face ao sinal proveniente de blocos antecessores, como os de modula¸c˜ao e codifica¸c˜ao.
Atualmente estamos presentes na era digital, em que grande parte dos sinais s˜ao tamb´em eles digitais. Esta designa¸c˜ao de digital corresponde a dizer-se que sinal tem componentes discreta de amplitude e dura¸c˜ao tamb´em discreta. Assim, e na maior parte dos sistemas de comunica¸c˜ao, o sinal que chega do dispositivo encarregue da modula¸c˜ao e codifica¸c˜ao dos dados tem este cariz digital. Assim existe a necessidade de convers˜ao deste sinal de cariz
digital, para um sinal anal´ogico. Para isso existem topologias cl´assicas para essa convers˜ao do digital para anal´ogico.
DAC de resistˆencias pesadas
Este tipo de conversor consiste na amplifica¸c˜ao da corrente por parte de um amplificador de transimpedˆancia produzida pelo equivalente de resistˆencia de Th´evenin visto de VREF
para a massa.
O princ´ıpio de funcionamento consiste no controlo da posi¸c˜ao dos interruptores Sn. Se
estiver para a massa o interruptor desse ramo, a resistˆencia est´a curto-circuitada e n˜ao existe corrente a fluir pelos seus terminais, o que leva a que n˜ao contribu´ıa para a corrente Io, caso contr´ario, o interruptor est´a para o VREF, existe uma corrente a fluir pela resistˆencia
proporcional a VREF e inversamente proporcional `a resistˆencia correspondente ao ramo do
interruptor (lei de Ohm). Para que o bit mais significativo corresponda `a corrente mais alta, o seguinte `a corrente correspondente a metade desse valor e por esse racioc´ınio at´e ao bit menos significativo (que produz uma corrente 2N −1vezes inferior) deve corresponder-se
para esse efeito, o valor da resistˆencia mais baixa para o bit mais significativo, o dobro desse valor para o bit seguinte at´e ao valor mais elevado de resistˆencia para o bit menos significativo. Assim o valor de resistˆencia corresponder´a inversamente ao peso bin´ario do bit. O esquema de funcionamento ´e apresentado na figura 2.19.
A f´ormula seguinte traduz matematicamente a reconstru¸c˜ao anal´ogica a partir do con- trolo digital dos interruptores:
Figura 2.19: Esquema de funcionamento de um DAC do tipo resistˆencias pesadas.
vout,analog = −KR 2 ( b0 R + b1 2R + ... + bN −1 2N −1R)VREF = −K( b0 2 + b1 4 + ... + bN −1 2N )VREF (2.6)
Esta tem como caracter´ısticas a n˜ao sensibilidade a elementos parasitas (mais r´apida) e aumento r´apido do valor da resistˆencia e consequentes restri¸c˜oes de tamanho.
2.8.2
Conversores de sinal digital em anal´ogico no dom´ınio ´otico
Um conversor digital anal´ogico no dom´ınio ´otico ´e um dispositivo que permite trans- formar sinais digitais el´etricos num sinal ´otico anal´ogico, sem a necessidade de um bloco interm´edio de convers˜ao digital-anal´ogica el´etrica. Em 2013, a autora J. Armstrong [23] propˆos o uso de s´eries de LEDs em paralelo para converter sinais el´etricos digitais em anal´ogicos, j´a no dom´ınio ´otico. A ideia consiste no controlo de cada ramo por um sinal digital, em que o valor da potˆencia luminosa correspondente ao peso bin´ario desse sinal digital.
Este tipo de abordagem ´e muito semelhante `a topologia anterior, mas em que em vez de resistˆencias e da medi¸c˜ao da soma de correntes na sa´ıda, como sinal anal´ogico produzido, tem-se LEDs e a medi¸c˜ao de sinal ´otico na sa´ıda, este correspondendo ao sinal anal´ogico produzido.
Figura 2.20: Esquema de funcionamento l´ogico da DAC ´otica com o uso de corrente vari´avel (`a esquerda) e n´umero de emissores vari´avel (`a direita).
Uma primeira abordagem sofre com o aumento exponencial da corrente no LED, j´a que como a corrente sobe por um fator que duplica a corrente a cada s´erie de LEDs. Isto faz com que exista uma enorme diferen¸ca de corrente entre o bit menos significativo e o mais significativo, o que pode levar ao uso de LEDs de potˆencias m´aximas diferentes, como se pode ver na figura 2.20 `a esquerda.
Al´em desta desvantagem, os LEDs n˜ao produzem potˆencia luminosa de forma propor- cional com a corrente que lhes ´e injetada. Assim isto significa que o esfor¸co que ´e feito para garantir correntes com o dobro do valor, poder´a n˜ao significar o dobro da potˆencia luminosa, deteriorando a resposta do conversor.
Um segunda abordagem para contornar a limita¸c˜ao anterior consiste em variar o n´umero de LEDs e garantir corrente igual de polariza¸c˜ao nestes. Esta solu¸c˜ao beneficia do fato de que o dobro dos emissores com correntes iguais, emitem potˆencias luminosas com o dobro do valor, como est´a presente na figura 2.20 `a direita . Com esta solu¸c˜ao podem usar-se LEDs com iguais caracter´ısticas, j´a que a corrente e consequentemente a potˆencia ´e igual em todos os emissores. Por´em esta solu¸c˜ao necessita de um estudo cuidado da forma como s˜ao implementadas as fontes de corrente, bem como no aumento exponencial do n´umero de emissores e consequentemente impactos no custo global.