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Conversores DA AD

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Academic year: 2021

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CONVERSORES DI

CONVERSORES DIGIT

GITAIS-ANALÓGICOS

AIS-ANALÓGICOS E ANALÓGICO

E ANALÓGICOS-DIGIT

S-DIGITAIS

AIS

SISTEMA DE

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CONVERSORES DI

CONVERSORES DIGIT

GITAIS-ANALÓGICOS

AIS-ANALÓGICOS E ANALÓGICO

E ANALÓGICOS-DIGIT

S-DIGITAIS

AIS

CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO

SAIDA ANALÓGICA = K .ENTRADA DIGITAL SAIDA ANALÓGICA = K .ENTRADA DIGITAL

No caso do conversor acima K=1, pois a saída analógica corresponde ao No caso do conversor acima K=1, pois a saída analógica corresponde ao binário de entrada. Por exemplo 1000(oito binário) na entrada gera oito binário de entrada. Por exemplo 1000(oito binário) na entrada gera oito volts na saída.

volts na saída.

A saída de um conversor digital analógico(DAC) pode ser uma tensão ou

A saída de um conversor digital analógico(DAC) pode ser uma tensão ou

uma corrente.

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CONVERSORES DI

CONVERSORES DIGIT

GITAIS-ANALÓGICOS

AIS-ANALÓGICOS E ANALÓGICO

E ANALÓGICOS-DIGIT

S-DIGITAIS

AIS

CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO

Exemplo 1: Um conversor D/A de cinco bits tem

Exemplo 1: Um conversor D/A de cinco bits tem saída em saída em corrente. Parcorrente. Paraa uma entrada digital de 10100 uma corrente de saída de

uma entrada digital de 10100 uma corrente de saída de 10mA é produzida.10mA é produzida. Qual será a corrente de saída Iout

Qual será a corrente de saída Iout para uma entrada digital de 11101?para uma entrada digital de 11101? SAÍDA ANAL

SAÍDA ANALÓGICA: ÓGICA: A saída de um conversor não A saída de um conversor não é um sinal analógico realé um sinal analógico real,, pois é constituída de n

pois é constituída de níveis discretos. Paríveis discretos. Para um conversor de quatro bits elaa um conversor de quatro bits ela apresenta 16 níveis de tensão, possíveis.

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Exemplo 2: Qual o maior valor de tensão de saída de um conversor D/A de oito bits que produz 1V para uma entrada digital de 00110010?

SAÍDA ANALÓGICA: A saída de um conversor não é um sinal analógico real, pois é constituída de níveis discretos. Para um conversor de quatro bits ela apresenta 16 níveis de tensão, possíveis.

PESOS DE ENTRADA: A contribuição de cada bit de um sinal de entrada digital para a geração da tensão de saída analógica varia de acordo com o seu peso no sinal digital, conforme mostrado para o conversor exemplo de 4 bits :

DCBA = 0001 gera 1V. Peso de A(LSB) = 1V DCBA = 0010 gera 2V. Peso de B = 2V

DCBA = 0100 gera 4V. Peso de C = 4V DCBA = 1000 gera 8V. Peso de A = 8V

O valor digital 1111 gera uma tensão de saída: 1+2+4+8 = 15.

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Exemplo 3: Um conversor D/A de cinco bits produz Vout = 0,2 V para uma

entrada digital de 00001. Determine o valor de Vout para uma entrada de 11111.

RESOLUÇÃO DE UM CONVERSOR: É a menor variação na saída analógica em função de uma variação na entrada digital.

A resolução também pode ser vista como o peso do bit menos significativo (lsb). Também é chamada de tamanho do degrau da saída analógica. A resolução é, também, o fator de proporcionalidade K da equação: saida analógica = K. entrada digital

No conversor exemplo a resolução é de 1V.

NÚMERO DE ESTADOS E DE DEGRAUS: O número de estados de um conversor de N bits é igual a 2N e o número de degraus da saída

analógica é igual a 2N -1

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CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO

Analisando a equação: saida analógica = K. entrada digital podemos dizer que:

Entrada digital é o número de degraus

K é a quantidade de corrente ou tensão por degrau Saida analógica é o produto dos dois termos.

Podemos dizer que K = resolução = (saída de fundo de escala)/ 2N -1

Exemplo 4: Qual a resolução(tamanho do degrau) do conversor D/A do exemplo 3. Descreva o sinal de saída do tipo escada deste conversor D/A.

Exemplo 5: Para o conversor do exemplo acima determine Vout para uma entrada digital de 10001.

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CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO

RESOLUÇÃO PERCENTUAL É a resolução expressa como uma porcentagem da saída de fundo de escala.

RESOLUÇÃO% = TAMANHO DO DEGRAU .100 SAIDA DE FUNDO DE ESCALA

Para o conversor exemplo: 1 .100 = 6,67% 15

Exemplo 5: Um conversor D/A de 10 bits tem um tamanho de degrau de 10mV. Determine a tensão de saída de fundo de escala e a resolução percentual.

FÓRMULA ALTERNATIVA PARA A RESOLUÇÃO PERCENTUAL:

RESOLUÇÃO% = 1 .100

NÚMERO DE DEGRAUS

Os fabricantes também especificam a resolução como o número de bits do conversor.

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CONVERSOR DIGITAL ANALÓGICO

Exemplo 6: A figura abaixo mostra um computador controlando a velocidade de um motor. A corrente analógica de 0 a 2mA do conversor D/A é amplificada para produzir velocidades no motor de 0 a 1000 rpm. Quantos bits deveriam ser usados se o computador tivesse que ser capaz de produzir uma velocidade no motor que tivesse uma variação mínima de 2rpm?

Para o número de bits encontrado, quão próximo de 326 rpm a velocidade do motor pode ser ajustada?

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CIRCUITO D/A COM AMPLIFICADOR OPERACIONAL SOMADOR

A corrente em cada ramo é dada pela tensão digital de entrada ( 5V ou 0V) dividida pelo valor do resistor naquele ramo. A corrente total que passa pelo resistor Rf é a soma das correntes de todos os ramos. Como os resistores mantêm entre si uma relação idêntica aos pesos de um número binário, a corrente total é proporcional ao número binário de entrada.

Exemplo 7: Encontre a tensão de saída Vout em função dos níveis binários de entrada(VD,VC,VB,VA) do conversor D/A de quatro bits mostrado na figura.

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CIRCUITO D/A COM AMPLIFICADOR OPERACIONAL SOMADOR Exemplo 8: Determine o peso de cada bit de entrada e a resolução Do conversor.

Exemplo 9: Determine para o conversor a tensão Vout de fundo de escala. Determine o valor de Rf que fará com que a tensão de fundo de escala seja igual a 7V. Qual a nova resolução?

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CIRCUITO D/A COMPLETO

As chaves são implementadas com transistores MOS, sendo o nível digital de entrada aplicado às suas entradas, fazendo-os conduzir(chave fechada) ou cortar(chave aberta). Quando a chave estiver aberta o resistor correspondente será conectado a 5V(nível binário alto). Quando a chave estiver fechada, o resistor correspondente será conectado ao terra(nível binário baixo).

As chaves semicondutoras são necessárias pois os circuitos lógicos que geram as entradas digitais não garantem uma tensão fixa (5V por exemplo), podendo haver variações que cheguem perto de um 1V ou mais. Com as chaves os níveis digitais são fixos, sendo o nível alto gerado pela fonte de referência de precisão e o nível baixo sendo o terra ou massa de referência do circuito.

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CIRCUITO D/A COM SAÍDA EM CORRENTE

Este conversor não possui um amplificador operacional interno. A geração de corrente total é idêntica ao circuito anterior. É necessário conectar um amplificador operacional externo à saída do circuito.

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CIRCUITO D/A COM SAÍDA EM CORRENTE

AMPLIFICADOR OPERACIONAL EXTERNO, ATUANDO COMO CONVERSOR CORRENTE-TENSÃO

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CONVERSOR BÁSICO DO TIPO R/2R

Conversores com muitos bits apresentam uma grande diferença de valores entre o resistor do bit de entrada menos significativo e o resistor do bit de entrada mais significativo. Os processos de fabricação de circuitos integrados não permite manter uma razão precisa entre resistores com uma faixa de resistência muito extensa. Logo, é necessário diminuir a faixa de resistências da rede de resistores. A rede que resolve este problema é a rede R/2R, mostrada abaixo.

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CONVERSOR BÁSICO DO TIPO R/2R

Exemplo 10: Demonstre que a saída deste conversor é dada por Vout = -VREF . B

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CONVERSOR A/D PADRÃO Funcionamento:

1. O pulso START inicia a operação.

2. Sob o comando do clock a unidade de controle modifica o número binário Que está armazenado no registrador.

4. O número binário no registrador é convertido para uma tensão analógica Vax pelo conversor D/A.

5. O comparador compara Vax com a entrada analógica Va. Enquanto Vax<Va A saída do comparador fica em nível alto. Quando Vax excede Va por uma

quantidade mínima Vt(tensão de limiar), a saída do comparador vai para nível nível baixo e pára o processo de modificação do número armazenado no registrador. A saída do contador será a saída desejada, ou seja, a tensão analógica convertida.

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CONVERSOR A/D DE RAMPA DIGiTAL.

Funcionamento: Neste conversor o registrador é substituído por um contador que conta sequencialmente, gerando uma tensão analógica na saída do conversor D/A na forma de escada. O pulso START habilita a porta AND, permitindo que os pulsos de clock chegem ao contador, dando início à contagem.

Enquanto Vax<Va, a saída do comparador fica em nível baixo. Quando Vax>Va por um fator Vt, a saída do comparador(EOC) vai para nível baixo, desabilitando a porta AND e bloqueando a contagem. O sinal digital de saída desejado está disponível na saída do contador.

Exemplo 11 : Considere os seguintes valores para o conversor A/D da figura anterior: frequência de clock = 1MHz, Vt =0,1mV. A saída de fundo de escala é igual a 10,23V e uma entrada de 10bits. Determine os seguintes valores.

b) O equivalente digital obtido para Va 3,728 V. b) O tempo de conversão

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CONVERSOR A/D DE RAMPA DIGiTAL. ERROS NOS CONVERSORES A/D:

Eistem dois tipos de erros:

1- Erro de quantização: Associado à resolução e que representa a diferença entre a grandeza analógica de entrada e o valor digital de saída.

2- Erro de precisão, associado à precisão dos elementos internos do circuito como resistores, comparador, fonte de referência,etc.

Exemplo 12: Para o conversor do exemplo anterior, determine a faixa aproximada de tensões analógicas de entrada que produzirá o mesmo resultado digital 01011101012 = 37310 .

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CONVERSOR A/D DE RAMPA DIGiTAL. TEMPO DE CONVERSÃO :

O tempo de conversão é dado por: (2N - 1). Ciclos de clock

DESVANTAGEM: O tempo de conversão dobra de valor a cada aumento de um bit. Logo um conversor A/D de muitos bits é lento, não se prestando à aplicações onde os sinais analógicos de entrada variem rapidamente.

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CONVERSOR A/D DE APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS EXEMPLO DE FUNCIONAMENTO:

Seja um conversor de quatro bits. Tensão de entrada 10,4 V

ETAPAS Numero binário Valor analógico(V)

1 0000 0 2 1000 8 3 1100 12 4 1000 8 5 1010 10 6 1011 11 7 1010 10

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CONVERSOR A/D DE APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS

Exemplo 13 : A entrada do conversor do exemplo anterior é 13,5 V. Determine a

Saída digital do registrador de controle para cada pulso de clock até que seja encontrado o valor final da conversão.

Exemplo 14 : Um conversor A/ de aproximações sucessivas de oito bits tem uma resolução de 20mV. Qual será a sua saída digital para uma entrada analógica de 2,17V?

TEMPO DE CONVERSÃO:

O tempo de processamento de cada bit é igual a um ciclo de clock. Logo, o tempo de conversão total é o tempo de um ciclo de clock multiplicado pelo número de bits. Considerando N o número de bits e T o tempo de um ciclo de clock, temos:

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CONVERSOR A/D DE APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS

Exemplo 15: Compare os tempos máximos de conversão de um conversor A/D de rampa digital de 10 bits com um conversor A/D de aproximações sucessivas de 10 bits, no caso de ambos utilizarem a frequência de clock de 500 KHz.

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CONVERSORES DIGITAIS-ANALÓGICOS E ANALÓGICOS-DIGITAIS

CONVERSOR A/D INTEGRADO ADC 0804 DESCRIÇÃO:

A tensão analógica a ser convertida é aplicada entre os pinos 6 Vin(+) e

7 Vin(-) quando a entrada é diferencial. Para entradas simples, a tensão é aplicada ao pino 6 e o pino sete é aterrado. Os pinos de número 11 a 18 apresentam a saída digital. O pino 1 CS quando em nível baixo habilita o conversor. Quando em nível alto, a saída do conversor fica em em estado de alta impedância. O pino RD em nível baixo habilita os buffers de saída de modo que o resultado da conversão apareça na saída. O pino WR em nível baixo dá início a uma nova conversão. O pino INTR vai para nível alto no início da conversão e volta para nível baixo no fim, sinalizando o fim da conversão. Este conversor possui um gerador de clock externo que gera um clock com frequência igual a 1/(1,1R.C), onde R e C são elementos externos conectados ao pino CLK OUT. O pino CLK IN atua como entrada de um sinal de clock externo ou recebe o capacitor externo de CLK OUT.

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CONVERSORES DIGITAIS-ANALÓGICOS E ANALÓGICOS-DIGITAIS

CONVERSOR A/D INTEGRADO ADC 0804

O pino Vref/2 pode ser usado para reduzir a tensão de referência interna. Aplicando-se uma tensão externa neste pino, a referência interna é alterada para o dobro desta tensão e a faixa analógica de entrada se altera de modo correspondente. A tabela abaixo mostra isso.

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CONVERSORES DIGITAIS-ANALÓGICOS E ANALÓGICOS-DIGITAIS

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CONVERSOR A/D FLASH

É o conversor com maior velocidade, mas também é o que requer mais circuitos que os outros tipos. Por exemplo, com conversor de 8 bits necessita de 255 comparadores analógicos. O grande número de comparadores limitou o tamanho dos conversores do tipo flash. A maioria dos fabricantes oferece unidades de dois a oito bits. Também oferecem unidades com nove e dez bits. EXEMPLO DE FUNCIONAMENTO PARA CONVERSOR DE TRÊS BITS.

O conversor tem 1V para tamanho do degrau. O divisor de tensão fornece os níveis de referência de cada comparador, de modo que existem sete níveis de referência de cada comparador, correspondentes a 1V, 2V, 3V... E 7 V. A entrada analógica está conectada na outra entrada de cada comparador. As saídas do comparador são conectadas a um codificador de prioridade que gera uma saída binária correspondente à entrada de referência analógica do comparador de mais alta ordem que estiver em baixo. A tabela a seguir demonstra isto.

Referências

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