Eletrônica Digital. Prof. Gilson Yukio Sato sato[at]utfpr[dot]edu[dot]br

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1 Eletrônica Digital Prof. Gilson Yukio Sato sato[at]utfpr[dot]edu[dot]br

2 Conversores D/A Prof. Gilson Yukio Sato sato[at]utfpr[dot]edu[dot]br

3 Analógico X Digital Variação Contínua Infinitos Valores tempo Variação Discreta tempo Conjunto Limitado de valores

4 Digital - Vantagens Mais fáceis de projetar Mais fácil de armazenar informação Mais fácil manter precisão e exatidão Programáveis Menos susceptíveis ao ruído Maior integração

5 Digital - Desvantagem O nosso mundo é analógico Temperatura Pressão Tensão Corrente...

6 Sistema digital no mundo analógico Temperatura Sensor PS A/D Interface Mundo Analógico Sistema Digital Atuador Interface D/A

7 Exemplo Tocci, 2007

8 Conversão Digital/Analógico Entrada = palavra digital de n bits Cada bit = tensão para nível alto ou baixo Saída = sinal discreto Número finito de níveis (até 2 n )

9 Conversão Digital/Analógico Palavra digital de n bits D0 D1 Conversor D/A Vs Tensão (ou corrente) de saída D n-1

10 Conversão Digital/Analógico Exemplo D2 D1 D0 Vs1 Vs2 Vs3 D0 D1 D2 Conversor D/A de 3 bits Vs ,0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 0,00 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05

11 Exempl CLK Contador Módulo 8 + D0 D1 D2 Conversor D/A de 3 bits Vs Vs o 1,4 D2D1D0 Vs ,0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,0 CLK t

12 Resolução D2 D1 D Vs 0,0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Resolução (R): menor variação na saída analógica em função de uma mudança na entrada Fundo de escala (FS): maior valor de saída analógica Resolução percentual (R%): R%=(R/FS)*100%

13 Linearidade D2 D1 D Vs 0,0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Analog Devices

14 Monotonicidade Analog Devices

15 Precisão Erro de fundo de escala O erro máximo é dado como uma porcentagem do FS Erro de linearidade O erro máximo é dado como uma porcentagem da resolução

16 Erro de offset Exemplo Idealmente 000 = 0V Com erro de offset 000 = 0,02 Analog Devices

17 Amplificador Operacional Concebido para fazer operações entre grandezas analógicas Soma, subtração, logaritmo, diferencial, integral Pode ser aplicado de várias formas Linear: amplificadores, mixers, osciladores Não linear: comparadores, geradores de onda quadrada

18 Amplificador Operacional (AO) +V Alimentação positiva Entrada nãoinversora + Saída Entrada inversora - -V Alimentação negativa

19 Ideal X Real Ideal A=vo/vi Zi Zo 0 - vo vo=0 se vi=0 vi + Zi - +V -V Zo vo Real A=vo/vi muito alto Zi muito alto Zo baixo -V vo +V vo=? se vi=0

20 Amplificador Inversor vo = io x Rf Rf vi = ii x Ri Tal que: Ri vo/vi = (io x Rf) / (ii x Ri) vi _ + vo Como: io = -ii vo/vi = - (Rf/Ri) vo = - vi x (Rf/Ri)

21 Somador Rf va vb Ri Ri _ + vo vc Ri vd Ri vo = -(Rf/Ri) x (va+vb+vc+vd)

22 DCBA Vs Conversor D/A Resistores P.ex. VD,VC,VB,VA 1 = 5V 0 = 0V R VD VC 4R VB 8R VA Ponderados _ + (4 bits) Rf Vs Vs = -(Rf/R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8) Todos valores de tensão negativos

23 Exemplo Tocci, 2007

24 Entradas do D/A As entradas do D/A são digitais: 1 e 0, mas ambos níveis lógicos são representados por níveis de tensão. Em dispositivos reais não é possível associar um único valor de tensão. Uma faixa de valores é associada a cada nível lógico. Por exemplo, a família TTL garante saídas em que: 1 2,4V ~ 5V 0 0V ~ 0,8V

25 Entradas do D/A O desempenho do D/A depende do valores de tensão de entrada (vide equação) Assim a faixa de tensões que pode ser fornecida de um CI para um D/A afeta seu desempenho Além disso, cada saída do CI pode fornecer um valor de tensão diferente

26 Tocci, 2007

27 Conversor D/A R/ (4 bits) Rf R R R _ + Vs VA VB VC VD Vs = -(Rf/6R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8)

28 Exemplo Tocci, 2007

29 Rf VH VG VF VE VD VC VB VA R 4R 8R 16R 3 64R 128R _ + Vs Conversor D/A Resistores Ponderados 8 bits Vs = -(Rf/R) x (VH+VG/2+VF/4+VE/8+VD/16+VC/32+VB/64+VA/128)

30 Rf VD VC VB VA VD VC VB VA R 4R 8R 10R 20R 40R 80R _ + Vs Conversor D/A Resistores Ponderados 2 Dígitos BCD Vs = -(Rf/R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8+VD /10+VC /20+VB /40+VA /80)

31 Conversor D/A R/ de 8 bits Rf R R R R R R R _ + Vs VA VB VC VD VE VF VG VH Vs = -(Rf/6R) x (VH+VG/2+VF/4+VE/8+VD/16+VC/32+VB/64+VA/128)

32 Rf R R R _ + Vs 20R VA 10R VB 10R VC 10R VD 20R 20R 20R 20R 20R Conversor D/A R/ de 2 Dígitos BCD VA VB VC VD Vs = -(Rf/6R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8+VD /10+VC /20+VB /40+VA /80)

33 Exercícios Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de quatro bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, a resolução é de 0,125V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada. Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de quatro bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, o fundo de escala é de 5,0V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada. Repetir os exercícios anteriores para o conversor D/A rede R/

34 Exercícios Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de oito bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, a resolução é de 0,125V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada. Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de oito bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, o fundo de escala é de 5,0V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada. Repetir os exercícios anteriores para o conversor D/A rede R/

35 Exercícios Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados para 2 dígitos BCD. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, a resolução é de 0,1V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada. Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados para dois dígitos BCD. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, o fundo de escala é de 9,9V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada. Repetir os exercícios anteriores para o conversor D/A rede R/