CONVERSORES D/A e A/D. SEL Sistemas Digitais Prof. Homero Schiabel

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1 CONVERSORES D/A e A/D SEL Sistemas Digitais Prof. Homero Schiabel

2 CONVERSOR DIGITAL-ANALÓGICO ANALÓGICO

3 Conversor D/A 1. Introdução Grandeza física Grandeza física Variação contínua (ANALÓGICO) t Variação discreta (DIGITAL) t Os conversores A/D e D/A fazem a interface entre o mundo analógico e o digital. Ex.: Comunicação: sinal voz pulsos sinal voz reconstruído Proc. Imagens: sinal vídeo níveis binários (digitaliz.) memória processamento reconstrução

4 Conversor D/A 2. Teoria da Quantização Quantização transferência de um sinal contínuo analógico num conjunto de estados discretos Codificação associação de um código digital a cada um desses estados Estados de Saída Q Entrada (ex.: V) Conversor ideal Resolução: n o estados de saída e = 2 n Quantum: tamanho da qti// analógica correspondente a um est. saída discreto Q = V / 2 n Q = menor diferença analógica sensível ao conversor

5 Conversor D/A 3.Conversor Digital-Analógico (D/A) Circuito básico (Conversor por rede proporcional): R I/2 A 1 A 2 A 3 2R 4R I/4 I/8 R V S V i i S = R Σ A i (I / 2 i ) Generalizando: V S = R N I 2 n-1 R I/2 n onde N = a a a n 2 n A n

6 Conversor D/A 3.Conversor Digital-Analógico (D/A) Melhoramento: A 1 A 2 A 3 A n R 2R 4R 2 n-1 R -- + R 0 V S Desvantagens: Para muitos bits há necessidade de valores muitos altos de R para o LSB; correntes muito reduzidas nos bits menos significativos (ruído); necessidade de grande precisão dos valores de componentes riscos de não monotonicidade; velocidade de conversão limitada pela velocidade de comutação da chave (e, eventualmente, qualidade do amp. op.)

7 Conversor D/A 3.Conversor Digital-Analógico (D/A) Conversor por rede R-2R: R R R 2R 2R 2R 2R 2R 2R V S A n A 3 A 2 A 1 V S -A1 = V CC / 3 V S -A2 = V CC / 6 V S -A3 = V CC / 12 V S -A4 = V CC / Vantagens: Elimina o problema da ampla variação de valores do CDA proporcional Mais facilidade para precisão dos componentes (só 2 valores - R e 2R)

8 CONVERSOR ANALÓGICO-DIGITAL

9 Conversores A/D 1. Conversor Contador (ou de rampa simples) Ck Ck CL Contador Década D Ck D Ck Q Q A B S V ref Conversor D/A D Ck Q C D Q D Ck V in in Ck

10 Conversores A/D 1. Conversor Contador (ou de rampa simples) V REF V REF comparada com V in in : se V REF < V in in S = 1 (contador continua a contagem) se V REF > V in in S = 0 (contador pára e valor digital é mostrado) V in in = 5 V tt

11 Conversores A/D 2. Conversor Integrador (ou de rampa dupla) -V A ENTRADA ANALÓGICA Chave analógica V Ref R -- + C V INT -- + Lógica de Controle Clock Contador SAÍDA DIGITAL

12 Conversores A/D ENTRADA ANALÓGICA -V A Chave analógica V Ref R -- + C V INT -- + V INT V INT-B INT-B Clock Lógica de Controle Contador SAÍDA DIGITAL V INT-A INT-A V A = V Ref (t 2 / t 1 ) tt V Ref = cte. t 1 = cte. t 1 t 2A 2A t 2B 2B V A = f (t 2 )

13 Conversores A/D 3. Conversor de Aproximação Sucessiva Comparador Início de conversão Ck V A ENTRADA ANALÓGICA -- + V Ref REGISTRADOR DE APROXIMAÇÃO SUCESSIVA... CONVERSOR D/A SAÍDA DIGITAL

14 Conversores A/D 4. Conversor Paralelo (ou tipo flash ) V A ENTRADA ANALÓGICA +3V ref / 4 +V ref / 2 +V ref / C 3 C 2 C 1 DECODIFI- CADOR Saída 2 1 Saída 2 0 TENSÃO DE ENTRADA (V A ) SAÍDA DO COM- PARA- DOR C 1 C 2 C 3 0 a +V/ V/4 a +V/ V/2 a +3V/ V/4 a +V 1 1 1

15 Conversores A/D 4. Conversor Paralelo (ou tipo flash ) V TENSÃO DE REFERÊNCIA V A ENTRADA ANALÓGICA 7V/8 3V/4 5V/8 V/2 3V/8 V/4 V/8 C 7 C 6 C 5 C 4 C 3 C 2 C 1 DECODIFICADOR S 2 S 1 S 0 SAÍDA DIGITAL

16 Conversores A/D 5. Comparações TÉCNICA DE CONVERSÃO VANTAGENS DESVANTAGENS APLICAÇÕES PRINCIPAIS CONTADOR (RAMPA SIMPLES) Simplicidade Baixo custo Lento Precisão depende do CDA Medidores digitais em geral INTEGRADOR (RAMPA DUPLA) Precisão depende de V REF Capaz de operar com 12 bits (3 dígitos BCD) boa rejeição ao ruído Tempo de conversão ainda grande (~ 10 ms ou mais) Multímetros digitais e outros medidores comerciais APROXIMAÇÃO SUCESSIVA Tempo de conversão pequeno: ~10 a 20 µs Precisão depende muito do CDA interno e seus componentes Aquisição de sinais para processamento PARALELO (FLASH) Extrema rapidez (conversão praticamente em tempo real) Alto custo Digitalização de sinais de alta freqüência (vídeo, áudio...)

17 ANÁLISE DE ERROS EM CONVERSORES D/A-A/D A/D

18 Análise de erros 1. Erro de Off-set Saída analógica Saída binária ideal com erro ideal com erro ee Entrada binária Entrada analógica

19 Análise de erros 2. Erro de Ganho Saída erro com erro ideal Fundo de escala Entrada

20 Análise de erros 3. Erro de Linearidade Saída analógica real CONVERSOR D/A ideal CONVERSOR A/D Entrada binária Saída binária LINEARIDADE INTEGRAL Saída binária LINEARIDADE DIFERENCIAL ideal ideal desvio máximo Entrada analógica Entrada analógica

21 Análise de erros 4. Perda de Monotonicidade Saída analógica Saída binária ideal ideal Não monotônico Não monotônico Entrada binária Entrada analógica

22 Análise de erros 5. Erro de chaveamento (glitch) 6. Perda de código Saída binária 0000 Perda de código Entrada analógica