11.3) Circuitos conversores D/A

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1 11.3) Circuitos conversores D/A Conversor com rede R2R: Se o R MSB for de 1KΩem um conversor de 12 bits, o R LSB seria KΩ=4096KΩ. Não é possível garantir precisão nesta faixa. Nas redes R/2R usamos apenas dois valores: R e 2R

2 11.3) Circuitos conversores D/A Exemplo: Considere V REF =10V. Determine a resolução e a saída de fundo de escala Para o LSB B = 0001 = 1 10*1 RESOLUÇÃO = = 0,625V 16 Para o Fundo deescala B = 1111 = 15 10*15 Fundo de escala = = 9,375V 16

3 11.4) Especificações de DAC s Avaliar de um DAC é adequado para uma determinada aplicação. RESOLUÇÃO (Tamanho do degrau): Depende do número de bits. Um DAC de 10 bits tem uma resolução fina (menor) do que um DAC de 8 bits. PRECISÃO: Erro de Fundo de Escala, Erro de Linearidade. É o desvio máximo da saída do calor ideal expresso como uma percentagem do fundo de escala. OFFSET: É o erro constante somando aos valores da saída. TEMPO DE ESTABILIZAÇÃO: É o tempo necessário para estabilizar a saída dentro de 1/2 tamanho do degrau do seu valor de FS.

4 11.5) AD 7524 DAC de 8 bits, rede R2R, saída de corrente Quando ~CS e ~WR estão em baixo realiza a conversão, caso contrário ele mantém a saída. Tempo máximo de estabilização: 100ns Precisão: +- 0,2%FS VREF=+-25V RF já inserido no chip

5 11.6) Aplicações de DACs CONTROLE: a saída de um computador convertida em um sinal analógico pode controlar uma variável física. RECONSTRUÇÃO DE SINAIS: Por exemplo para reproduzir uma música. CONTROLE DE AMPLITUDE DIGITAL: controle de volume de som DACs Seriais: Alguns conversores podem ter sua entrada serial CONVERSÃO ANALÓGICO/DIGITAL: DA é usado no projeto de um AD

6 11.8) Conversão Analógico-Digital Recebe uma tensão analógica de entrada e produz um código digital. USAM DAC NO SEU CIRCUITO. UNIDADE DE CONTROLE: Responsável pela geração da sequência de conversão REGISTRADOR: Valor atual da conversão. CONVERSOR D/A: COMPARADOR: Compara a entrada analógica com a saída do DA V A >V- sai 1 V A <V- sai 0 V T = Tensão de Threshold (limiar)

7 11.9) ADC de Rampa digital UNIDADE DE CONTROLE É SIMPLES ADC contador

8 Precisão e Resolução de ADCs 11.9) ADC de Rampa digital ADC contador Erro de quantização: Diferença entre a quantidade Real (analógica) e o valor digital Tempo de conversão t C : É o tempo entre o fim do pulso de START e a Ativação da saída ~EOC. t C depende de V A, e dobra para cada bit acrescentado ao contador. t C (max)=2 N -1 ciclos de clock t C (med)= t C (max)/2~ 2 N-1

9 11.9) ADC de Rampa digital ADC contador Exemplo: ADC da fig 11.13, com F CLK =1MHz, V T =0,1mV, V FS =10,23V, 10 BITS Determine: A resolução, a saída para V A =3,728V, o tempo de conversão e a resolução %. 10 Com10 Bits teremos 2 1 = 1023 AFS 10,13V Tamanho do degrau =K= = 10mV N (2 1) 1023 VA + VT 3, ,0001 saida = = = 372,81 = 373 DEGRAUS K 0, T = 373* T = 373*(1/ F ) = 373*(1/1 M ) = 373µ s C CLK DEGRAUS 10mV 1 Resolução % = *100% = *100% 0,1% 10,23V 1023

10 11.11) ADC de Aproximações sucessivas Tempo de conversão menor, fixo e não depende do valor analógico. Enquanto o ADC de rampa aproxima para o degrau acima de V A. O ADC de aproximações sucessivas aproxima para o degrau abaixo de V A.

11 11.11) ADC de Aproximações sucessivas Exemplo de conversão: V A =10,4V Sequência de testes: 1000(8), 1100(12), 1010(10),1011(11), retorna para 1010(10) Tempo de conversão: Como a lógica de controle atua em cada bit. Ajustando para 1 e decide se o mantém e passa para o próximo bit. t C =N x 1 ciclo de clock Não depende de V A

12 11.11) ADC de Aproximações sucessivas ADC0804: ADC de Aproximações sucessivas 8 BITS com buffer tristate 20 pinos Entradas analógicas diferenciais Resolução =V REF /256 Gerador de CLK interno: f=1/1,1rc Dois Terras Pinos de controle: ~CS: habilitação ~RD: lê o valor ~WR: inicia a conversão ~INT: indica EOC

13 11.12) ADC Flash É o conversor mais rápido, porém mais complexo O número de comparadores é igual à 2 N -1 Não tem sinal de CLOCK

14 11.13) Outros métodos de conversão ADC De rampa digital Crescente/Decrescente: Reduz tempo de conversão com contador cescente/decrescente ADC de rampa dupla: Tem os maiores tempos de conversão, custo baixo, usa carga e descarga de capacitor com corrente constante, o tempo de descarga é proporcional ao valor analógico ADC tensão frequência (VCO- Voltage controlled oscillator): Não usa DAC, produz uma frequencia proporcional à tensão

15 11.14) Circuitos S/H - Sample-and-Hold Se a tensão analógica estiver variando durante o tempo de conversão, a conversão pode ser afetada. Tempo de aquisição: Intervalo que a chave do S/H permanece fechada.

16 11.16) Osciloscópio de Memória Digital Aplicação de D/A e A/D (circuitos de controle) Aquisição de dados digitalização armazenamento - apresentação

17 11.10) Aquisição de dados É o processo pelo qual o computador adquire dados analógicos e transfere para a memória. Amostragem é a aquisição de um único ponto de dado (amostra)

18 11.10) Aquisição de dados Reconstruindo um sinal: Teorema da amostragem de Nyquist Para evitar perda de informação na reconstrução do sinal, As amostras devem ser adquirias com intervalos de tempo fixo a uma taxa que seja pelo menos duas vezes maior que a maior frequência presente no sinal analógico.

19 11.10) Aquisição de dados Falseamento: Aliasing Caso o teorema da amostragem de Nyquist não seja obedecido, ocorre uma reconstrução errônea do sinal. Exemplo de sistema com problema de Aliasing: Considere uma onda de frequência de 1,9KHz. Caso este sinal seja amostrado a uma F S =2KHz. O sinal reconstruído será uma onda de 100Hz!

20 11.10) Aquisição de dados Falseamento: Aliasing Caso o teorema da amostragem de Nyquist não seja obedecido, ocorre uma reconstrução errônea do sinal.

21 11.17) DSP Digital Signal Processor Um processador DSP é uma forma específica de microprocessador que foi otimizado para realizar cálculos referentes ao processamento digital de sinais.