CONVERSOR AD E DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO JOÃO DEL-REI

ELETRÔNICA II

1. Sinais Digitais e Analógicos

2. Parâmetros de conversores A/D e D/A

3. Conversores D/A

4. Conversores A/D

5. Exemplo

6. Avisos

Introdução

Os sinais contém informações sobre uma variedade de itens e atividades em nosso mundo físico. Podemos citar vários exemplos:

informações sobre o tempo estão contidas em sinais que representam a

temperatura do ar, pressão, velocidade do vento, etc.

Para extrair as informações necessárias de um conjunto de sinais, o observador (seja humano ou máquina) necessita invariavelmente processar esses sinais de uma maneira pré-determinada. Esse processamento de sinais é normalmente executado por sistemas eletrônicos. Para isso ser possível, contudo, o sinal deve primeiro ser convertido em um sinal elétrico, isto é, em um sinal de tensão ou corrente. Esse processo é realizado por dispositivos conhecidos como transdutores e os sinais representados por fontes de tensão ou corrente.

Introdução

O sinal é uma grandeza variável no tempo, que pode ser representada por um gráfico, como mostrado na Fig. 1.

O conteúdo da informação é representado pelas variações na amplitude com o passar do tempo, isto é, a informação está contida nas

“ondulações” da forma de onda do sinal. Geralmente, formas de onda como a apresentada acima, são difíceis de serem caracterizadas matematicamente.

Introdução

A Fig. 2 mostra um sinal de tensão senoidal v_a(t).

𝑣_𝑎 𝑡 = 𝑉_𝑎𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡

São informações importantes desse sinal: a frequência, o período e a amplitude.

Introdução

O sinal de tensão representado na Fig. 2 é chamado de sinal analógico. O nome deriva do fato de tal sinal ser análogo ao sinal físico que representa. A amplitude de um sinal analógico pode ter qualquer valor, isto é, a amplitude de um sinal analógico exibe uma variação contínua sobre sua faixa de atuação.

Uma forma alternativa de representação de sinais é por meio de uma sequência de números discretizados, cada número representando um valor de sinal em cada instante do tempo. O sinal resultante é chamado de

sinal digital.

Introdução

Para ver como um sinal pode ser representado nessa forma, isto é, como os sinais podem ser convertidos da forma analógica para a forma digital, observe a Fig. 3.

Contudo, visto que a amplitude de cada amostra pode ser tomada como valores em uma faixa contínua, o sinal da Fig. 3b é ainda um sinal analógico.

Introdução

Agora, se representarmos a amplitude de cada amostra do sinal na Fig. 3b por um número com dígitos finitos, então a amplitude do sinal não será mais contínua, ao contrário, ela será considerada quantizada,

discretizada ou digitalizada. Então o sinal digital resultante será simplesmente uma sequência de números que representa as amplitudes das sucessivas amostras do sinal.

A escolha do sistema numérico que representa as amostras dos sinais afeta o tipo de sinal digital produzido e tem um impacto significativo na complexidade dos circuitos digitais necessários ao processamento de tais sinais.

Introdução

 Monotonicidade

A saída deve ser regular e continuamente crescente para uma entrada regular e continuamente crescente. Isto implica que em um "degrau" correspondente a um nível de entrada mais elevado não pode estar abaixo de outro correspondente a um nível de entrada menor.

 Tempo de estabilização

A velocidade de operação de um D/A é expressa por seu tempo de estabilização, ou seja, o tempo gasto pela saída do conversor para ir de zero ao seu valor final de escala, enquanto todos os valores de entrada mudam de 0 para 1.

Introdução

 Tensão de compensação

Na teoria, se todos os bits de entrada de um conversor D/A forem iguais a 0, se tensão de saída em 0V. Na prática, mesmo com 0 para os bits de entrada, tem-se uma tensão bem pequena na saída do conversor. O erro de compensação tanto pode ser positivo quanto negativo.

 Tempo de Conversão ou Taxa de Amostragem

Tempo efetivo entre uma amostra na entrada iniciar a conversão e seu resultado na saída estar disponível devidamente convertido.

 Resolução

É a quantidade de bits que será utilizada para representar o sinal amostrado. Isso influenciará tanto na conversão A/D, diminuindo a precisão do valor amostrado, quanto na conversão D/A, limitando os valores de tensão na saída.

Introdução

Realizam a conversão de um conjunto de bits, no correspondente valor analógico.

Os principais tipos são:

 Resistor ponderado;

 Rede R-2R;

 PWM;

 Chaves de corrente.

Introdução

- Resistor Ponderado

A figura 4 mostra um circuito simples para uso em conversores D/A de N bits. O circuito consiste em uma tensão de referência V_REF, N resistores com peso binário R, 2R, 4R,... 2N-1_{R, N chaves de dois sentidos S}

1, S2, S3,... SN e um

amplificador operacional com sua resistência de realimentação R_f. A saída será a soma das tensões (como em um circuito somador simples).

Introdução

As chaves são controladas por uma palavra de entrada digital D, de N bits,

em que b₁, b₂, ... b_N são os coeficientes dos bits que podem ser 1 ou 0. Observe que o bit b_N é o bit menos significativo (least significant bit – LSB) e

b₁ é o bit mais significativo (most significant bit – MSB).

Uma grande desvantagem da rede de resistores em escala de peso binário é que, para uma grande quantidade de bits, a diferença entre as maiores resistências e as menores se torna muito elevada. Isso aumenta a dificuldade em manter a precisão dos valores dos resistores.

Introdução

- Rede R-2R

A Fig. 5 mostra o diagrama básico de um conversor D/A utilizando uma rede R-2R. Devido à pequena diferença entre os valores das resistências, essa malha é geralmente escolhida em comparação à escala binária discutida anteriormente, especialmente para N > 4. A operação da escala R-2R é direta.

Introdução

Primeiro, pode-se mostrar que, começando da direita para a esquerda, a resistência à direita de cada nó, como aquela denominada X, é igual a 2R. Logo, a corrente que circula para a direita, afastando-se de cada nó, é igual à corrente que circula para baixo em direção ao terra e o dobro dessa corrente flui para o nó proveniente do lado esquerdo. Segue que:

Assim, como na rede resistiva em escala binária, as correntes controladas pelas chaves têm pesos binários. A corrente de saída total i_o será, portanto dada por:

onde D é a palavra digital de entrada.

Introdução

De um modo geral os conversores A/D podem ser divididos em alguns tipos, conforme as suas características fundamentais de conversão:

 Paralelo – flash;

 Aproximações sucessivas;

 Tipo Contador;

 Integrador simples e dupla rampa;

 Redistribuição de carga;

 Sigma-Delta.

Introdução

Ex.) Obtenha o valor da tensão de saída para a palavra D=1011 no circuito abaixo.

Introdução

A

prova teórica

, que estava marcada para o dia 06/12 foi

antecipada para o dia

29/06

, próxima quinta-feira. A nova data

da

prova prática

é o dia

04/07

, cuja escala é vista abaixo.

ESCALA DA PROVA PRÁTICA

Dia 04/07 das 13:15 às 14:10

Bruno Alves de Sa Manso

Filipe Augusto Nardy Paiva

Flavia de Carvalho Oliveira

Guilherme Pontes Franca

Marco Antonio Chaves Soares

Matheus Augusto Guilarducci Calsavara

Dia 04/07 das 14:10 às 15:05

Mayse Mayara Barreto

Patrick Campos da Silva

Paulo Antonio Ferreira Costa

Tadeu Henrique da Silva Calheiros

Tulio Chiodi Laine Mateus

Bibliografia

UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO JOÃO DEL-REI

ELETRÔNICA II