Introdução Conversão Digital Analógica Conversão Analógica Digital Referências. Conversão D/A e A/D. Aula 01 - DAC / ADC

Transcrição

1 Conversão D/A e A/D Aula 01 - DAC / ADC Heitor Medeiros Florencio 1 heitorm@dca.ufrn.br 1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia de Computação e Automação Natal-RN Disciplina: Sistemas de Transmissão de Dados,

2 Sumário 1 Introdução O que foi visto? O que são ADCs e DACs? Por que devemos utilizar esse conversões? Parâmetros de ADCs e DACs 2 Conversão Digital Analógica Tipos de DACs DAC por Resistências Ponderadas DAC R-2R 3 Conversão Analógica Digital Tipos de ADCs ADC de Rampa ADC de Aproximações Sucessivas ADC Flash 4 Referências

3 O que foi visto? O que foi visto? Amostragem Teorema de Nyquist-Shannon Modulações por Pulso Modulação por Amplitude de Pulso - PAM Modulação por Largura de Pulso - PWM Modulação por Posição de Pulso - PPW Modulação por Código de Pulso - PCM Quantização Valores são aproximados para um número finito de níveis

4 O que foi visto? Modelo de ADC usando PCM

5 O que foi visto? Exercício

6 O que são ADCs e DACs? O que são ADCs e DACs? São circuitos que funcionam como interfaces entre um sistema digital e o mundo analógico. O ADC, conversor analógico digital, é um circuito que converte uma variável contínua em um valor digital, como por exemplo a conversão de tensão em um valor digital. O DAC, conversor digital analógico, é um circuito que converte um valor digital em uma variável contínua (tensão, corrente, etc). Existem várias formas de implementação, basta analisar os parâmetros.

7 Por que devemos utilizar esse conversões? Por que devemos utilizar esse conversões? Maior parte dos fenômenos em estudo (físicos, químicos, climáticos, orgânicos) são de natureza contínua. Sistemas computacionais são cada vez mais utilizados e permitem utilização de ferramentas (programas) que processam grande quantidade de informações em curto espaço de tempo.

8 Por que devemos utilizar esse conversões? Modelo de Aplicação

9 Parâmetros de ADCs e DACs Parâmetros de ADCs e DACs Número de Bits e Resolução A quantidade de bits utilizado na representação do sinal analógico, junto a faixa da variável, determina a resolução do conversor. Tempo de Conversão Precisão Erro de Offset (DACs) Saída do DAC deveria ser 0(V, A) para entrada de bits em 0.

10 Conversor D/A

11 Tipos de DACs Tipos de DACs Tipos de Conversores D/A DAC por Resistências Ponderadas DAC R-2R Não é importante estar familiarizado com todos os esquemas de circuitos, porque os conversores D/A estão disponíveis como CIs ou módulos encapsulados que não requerem conhecimentos dos circuitos [TOCCI].

12 DAC por Resistências Ponderadas DAC por Resistências Ponderadas DAC simples com resistores com ponderação binária

13 DAC por Resistências Ponderadas Nesse caso, Vout: V out = (( R F R id )V D + ( R F R ic )V C + ( R F R ib )V B + ( R F R ia )V A ) (1) V out = (V D + ( 1 2 )V C + ( 1 4 )V B + ( 1 8 )V A) (2) Peso do LSB: 1 5V = 0, 625V (3) 8

14 DAC por Resistências Ponderadas Com o peso de cada bit fica fácil de calcular o fundo de escala: BitA : 1 5V = 0, 625V (4) 8 BitB : 1 5V = 1, 25V (5) 4 BitC : 1 5V = 2, 5V (6) 2 BitD : 1 5V = 5, 0V (7) Fundo de Escala: DCBA = 1111 = 5, 0 + 2, 5 + 1, , 625 = 9, 375V (8)

15 DAC por Resistências Ponderadas Precisão da Conversão Não é possivel garantir o valor de 5V para todos os bits de entrada quando for nível alto. É possível adicionar uma fonte de referência

16 DAC por Resistências Ponderadas DAC com saída em corrente

17 DAC R-2R DAC R-2R Com a atual tecnologia de fabricação de CIs, é difícil produzir valores de resistência em uma faixa tão ampla de resistências que conservem razão precisa [TOCCI]. É preferível ter um circuito que use resistências com valores próximos.

18 DAC R-2R DAC R-2R V out = V ref ( B B B B 3 2 ) (9)

19 DAC R-2R Resolução R-2R Considerando B = "1111": V out = V ref ( ) (10) V out = V ref ( ) (11) V out = V ref ( ) (12)

20 DAC R-2R Exercício

21 Conversor A/D

22 Características O processo de conversão A/D é mais complexo e consome mais tempo que o D/A, e diversos métodos diferentes têm sido desenvolvidos e usados [TOCCI]. Nesta aula foram explicados os DACs primeiro pelo fato que alguns tipos importantes de ADCs usam um DAC como parte de seus circuitos.

23 Tipos de ADCs Tipos de ADCs ADC de Rampa ADC de Aproximações Sucessivas ADC Flash

24 Tipos de ADCs Tipos de ADCs - Aplicações

25 ADC de Rampa ADC de Rampa Usa um contador binário como registrador e permite que o clock incremente o contador um passo de cada vez até Vax >= Va [TOCCI]. A forma de onda em Vax é uma rampa passo a passo (uma escada). Tempo de Conversão (tc) depende do valor de Va t c (max) = (2 N 1) periodociclosclock (13)

26 ADC de Rampa ADC de Rampa

27 ADC de Aproximações Sucessivas ADC de Aproximações Sucessivas Circuito mais complexo que um ADC de rampa digital, mas tempo de conversão muito menor [TOCCI]. Tempo de conversão não depende do valor analógico de entrada(va) t c = N periodociclosclock (14) Considerando "N"o número de bits do conversor.

28 Introdução Conversão Digital Analógica ADC de Aproximações Sucessivas ADC de Aproximações Sucessivas Conversão Analógica Digital Referências

29 ADC Flash ADC Flash É o ADC disponível de maior velocidade, porém requer muito mais circuitos que os outros tipos Adequados para aplicações que precisam digitalizar sinais analógicos de largura de banda muito alta (ou seja, alta frequencia) Tempo depende apenas dos atrasos de propagação dos comparadores e da lógica de codificação

30 Introdução ADC Flash ADC Flash Conversão Digital Analógica Conversão Analógica Digital Referências

31 ADC Flash Aula Prática I A primeira aula prática desta disciplina será baseada no ADC Flash.

32 Referências TOCCI, Ronald J. Sistemas Digitais: princípios e aplicações. Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer, Gregory L. Moss; revisão técnica Renato Giacomini; tradução Jorge Ritter. 11 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, Sistema de Conversão Analógico Digital de 12 Bits. Yuri Gonzaga Gonçalves da Costa, Eduardo Paz Serafim, André Ricardo Ciraulo de Souza, José Antônio Gomes de Lima. Centro de Ciências Exatas e da Natureza / Departamento de Informática / PET. /monitoriapet/anais/area8/8ccendipet01.pdf

33 Dúvidas?