Conversores Analógico/Digital e Digital/Analógico

Transcrição

1 Conersores Analógco/Dgtal e Dgtal/Analógco Electrónca 3 005/06 José Machado da Sla ítor Grade Taares 1 Conersores Dgtal/Analógco Sumáro Introdução Arqutecturas Cadea ressta Malha ressta com pesos bnáros Malha ressta com escalonamento Escalonamento de correntes Escalonamento de correntes com pesos bnáros Escalonamento de carga Ppelne Cíclco Electrónca 3 005/06

2 Conersores Dgtal/Analógco out 7 Snal de saída Característca de transferênca Característca deal Falha de códgo DL[1] Incremento deal IL[4] 0.8 Exemplo de característca real Deso na orgem Códgo dgtal de entrada Erro de ganho decle deal decle real * Electrónca 3 005/06 3 Conersores Dgtal/Analógco 8/8 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 /8 1/8 DAC com resolução nfnta Algumas defnções: esolução úmero de bts da palara dgtal de entrada (dto bts) é a aração de tensão na saída para uma aração de um. 1 1 Máxma escala (FS): Dferença entre a saída analógca para a palara dgtal menor (000) e a maor (111): Gama de escala máxma (FS): ( 1 ) FS 0/ FS lm FS Electrónca 3 005/06 4

3 Conersores Dgtal/Analógco equerse fonte de tensão de erênca de grande exactdão e establdade. DAC com sncronsmo b b 3 b : o b b 3 DAC LATCH : : b DAC o Ck Electrónca 3 005/06 5 Conersores Dgtal/Analógco O obecto da DAC é produzr uma tensão (ou corrente) analógca drectamente proporconal à palara dgtal de entrada: o K D 1 D b1 b L b o 1 [ b b b ] K 1 L Electrónca 3 005/06 6

4 Conersores DgtalAnalógco (DAC) Cadea ressta. ( 1) ( ) ( 3) ( 4) 0 S S 1 S S 3 S esstêncas S 1 Para os comutadores o D bts Descodfcador : Em cada momento um só comutador on por palara dgtal de entrada. A cadea de resstêncas gera todos os níes possíes de saída que são depos selecconados pelo descodfcado. Estes DACs ocupam em geral muta área, partcularmente para resoluções eleadas onde se exge um emparelhamento mas rgoroso (mposto por IL e DL mas baxos 1/). A mnmzação da área tem consequêncas na potênca dsspada. Electrónca 3 005/06 7 Conersores DgtalAnalógco (DAC) Cadea ressta conersor potencom étrco esstêncas b ( 1) b 1 b ( ) ( 3) ( 4) b b b b 1 o D 0 b b 1 Electrónca 3 005/06 8

5 Conersores Dgtal/Analógco Os DAC com dsores resstos são extremamente dependentes do bom emparelhamento das resstêncas. Garantem contudo uma característca monotóna. ( ) ( ) IL ( ) real ( ) DL íelde tensãodealna íelde tensãodealna posção da cadearessta posção da cadearessta ( ) real ( 1) real 1 íelde tensãorealna posção dacadearessta DL IL ( ) 13 ( ) IL ( 1) 13 íelde tensãorealna posção(1)da cadearessta ( ) ( ) ( ) ( ) real ( ) ( ) 1 se Electrónca 3 005/06 9 Conersores Dgtal/Analógco Quanto maor a resolução melhor tem de ser o emparelhamento IL IL 1 1 (? ) (? ) (em s)? DL DL? (em s) Electrónca 3 005/06 10

6 Conersores Dgtal/Analógco Malha resstas com pesos bnáros ( resstêncas) I1 4 1 S 1 S S 3 S / Precsão muto dependente de: Precsão das resstêncas Comutadores (são analógcos) o o D D Para eleado a relação entre as resstêncas tornase muto eleada, dfcultando a precsão. Electrónca 3 005/06 11 Conersores Dgtal/Analógco Escalonamento ( resstêncas) / /4 / 1 Aqu a relação de resstêncas é baxa, no entanto a relação de correntes pode ser muto eleada o que mplcará comutadores de Iconst tamanho razoáel. 1 3 S 1 S S 3 S o D D o Os comutadores são percorrdos por corrente pelo que é conenente adconar comutadores para compensar as quedas de tensão nos dferentes comutadores S. Electrónca 3 005/06 1

7 Conersores Dgtal/Analógco Escalonamento de correntes ( 1) o D 3 D D 1 D 1 I I I I Conersores utlzados para aplcações rápdas (as arações de tensão são muto baxas) 1 bts Descodfcador : b b b 1 b D 1 D D 3 D D Electrónca 3 005/06 13 Conersores Dgtal/Analógco Escalonamento de correntes () com pesos bnáros o b b 1 b I/ I/( ) I/( 1 ) I/( ) São crítcos os transtóros (gltchs ). Quando há transções de códgo, os pequenos atrasos na comutação poderão proocar comutações de corrente ntermédas que geram pcos de tensão. Este crcuto exge menos fontes de corrente (), no entanto a relação de correntes pode tornarse muto eleado, lmtando assm a resolução possíel. A resolução é lmtada pela precsão das fontes de corrente Electrónca 3 005/06 14

8 Conersores Dgtal/Analógco Escalonamento de carga. C total C o 1 C C C C C eset A resolução é lmtada pela precsão das capacdades. As capacdades parastas também ntroduzem desos. OUT OUT k C C 1 Dk k 0 EF k k EF EF contrbuto de cada capacdade resultante para a palara D Electrónca 3 005/06 15 Conersores Dgtal/Analógco Em cascata (ppelne) 1/ 1/ 1/ 1/ o b b b 1 b 1 b b b b OUT ( b ) 1 [ ] 1 A saída é obtda por acumulação de ganhos ao longo da cadea. Por esta razão a saída em atrasada de clocks, mas apesar dsto são DACs muto rápdos. A precsão é dependente da qualdade do amplfcador. Este é normalmente mplementado usando capacdades. O e o somador também necesstam de ser precsos. O uso de técncas de condensadores comutados é muto natural nesta topologa. Electrónca 3 005/06 16

9 Conersores Dgtal/Analógco Cíclco D1 D.. D1 D0 Conersão sére/paralelo Conersão realzada em cclos 1/ A OUT OUT 1 1 [ n] Dn 1 EF A[ n 1] Electrónca 3 005/06 17