Aula 29 - Conversores A/D e D/A

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1 Aula 29 - Conversores A/D e D/A Prof. Renan Sebem Disciplina de eletrônica digital Departemanto de engenharia elétrica Centro de Ciências Tecnológicas (CCT) Universidade Do Estado de Santa Catarina (UDESC) Joinville-SC Brasil 14 de Junho de 2015 ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 1 / 23

2 Itens da aula Avisos Introdução Ampop Conversores D/A Avisos Referências ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 2 / 23

3 Avisos Avisos Prova: 23/06 às 12:40 Contadores; Divisores de frequência; Temporizador 555; Conversores A/D e D/A. Exame: 30/06 ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 3 / 23

4 Introdução O que é um sinal analógico ou digital? ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 4 / 23

5 Introdução Especicações - Resolução É a diferença entre dois níveis consecutivos. Depende do n o de bits, por isso é frequentemente especicada como o próprio n o de bits em conversores DA; A resolução da voltagem do ADC é o fundo de escala dividido pelo número de níveis (2 n ); ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 5 / 23

6 Introdução Especicações - Precisão/Acurácia Precisão: proximidade entre os valores obtidos pela repetição do processo de mensuração. Nos conversores: Precisão dos níveis de tensão; Relação sinal/ruído. Acurácia: proximidade da medida relativamente ao verdadeiro valor da variável. Nos conversores: Valores de projeto dos resistores; Valores de projeto dos níveis de tensão. ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 6 / 23

7 Introdução Precisão vs. Acurácia OBS: traduzir para um exemplo de conversores D/A e A/D. ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 7 / 23

8 Introdução Especicações - Tempo de estabilização Cada conversor (A/D ou D/A) possui um tempo de atraso desde que o sinal chega na entrada até quando o sinal sai do conversor. Para os conversores D/A este tempo está na casa de microsegundos. ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 8 / 23

9 Introdução Exemplo - Resolução Qual a resolução (em porcentagem) de um conversor D/A de 8 bits? ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula 29 9 / 23

10 Ampop Realimentação negativa - entrada inversora R f V in R i + V out V out = R f R i V in ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

11 Ampop Realimentação negativa - entrada não inversora R f V in R i + V out V out = R f R i V in ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

12 Ampop Comparador V V + + V out V out = Nível lógico 1 V + > V V out = Nível lógico 0 V + < V ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

13 sconversores given by D/A ression (12.5), if V 1 = V 2 = = V n = V, then a logic 1 at the LSB position would cont Divisor 1) to the analogue resistivoutput, and a logic 1 in the next adjacent higher bit position V A = V 1/R + V 2 / R/2 + V 3 / R/4 (1 1/R + 1/ R/2 + 1/ R/4 V= V 3 1/R + V 2V 2 /R + 2 V 4V 3 /R 1 1/R + 2/R + 4/R (1 = V 1 + 2V 2 + 4V 3 R/4 7 R/2 R n be further expressed as V A = V V V R L V A (1 (1 eralized expression of Equation (12.4) can be extended further to an n-bit D/A converte ollowing expression: VFigure A = V V 12.1 Simple V resistive V network for D/A n 2 n 1 conversion. 2 n 1 ssion (12.5), if V 1 = V 2 = = V n = V R, then L >> a Rlogic 1 at the LSB position would contri 1) to the analogue output, and a logic 1 in the next adjacent higher bit position w ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23 (1

14 Conversores D/A Conversor D/A somador ponderado V out = R f [8 D + 4 C + 2 B + A] R OBS: Neste caso R = 8kΩ ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

15 Conversores D/A Exemplo Considerando o 'nível alto' = 5 V e o 'nível baixo' = 0V, no conversor D/A através da soma ponderada com R f = 10kΩ e R = 4kΩ quais serão as tensões de saída para os seguintes valores digitais na entrada? V out D C B A ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

16 simple resistive divider network Conversores D/A V A = V of V 2 Fig V 3 has 2 two + +V serious n drawbacks. 2 One, each re etwork is of a different value. Since these networks 2 n use precision resistors, the added mes Binary unattractive. ladder Two, network the resistor - used Conversor for the most emsignificant escadabit R/2R (MSB) is required to ch = Vlarger 2 = Vcurrent 3 = =V than n the = V LSB, V A resistor. = [(2 n For 1)/2 example, n ]V. ForinV a 1 = 10-bit V 2 = network, V 3 = =V the current n = 0, thro V A resistor will be about 500 times the current through the LSB resistor. overcome these drawbacks, a second type of resistive network called the binary ladder ( er) is used in practice. The binary V 1 ladder, V 2 too, is av resistive 3 network V 4 that produces an a ut equal to the weighted sum of2 0 digital inputs. 2 1 Figure shows 2 3 (LSB) (MSB) the binary ladder netwo bit D/A converter. As is clear from the figure, the ladder is made up of only two differen sistor. This overcomes one of the 2R drawbacks 2R of the 2R resistive divider 2R network. It can be the help of simple mathematics that the analogue output voltage V A in the case of binar ork of Fig is given 2Rby R R R V A = V V V V neral, for an n-bit D/A converter using a binary ladder network Figure 12.2 Binary ladder network for D/A conversion. V A = V V V V n 2 n 1 2 n V 1 = V 2 = V 3 = =V n = V, V A = [(2 n 1)/2 n ]V. For V 1 = V 2 = V 3 = =V n = 0, V V A ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

17 Conversores D/A Data Conversion Circuits D/A and A/D Converters 481 Binary ladder network - Conversor em escada R/2R I R R R 2R I/16 V ref I/2 I/4 I/8 I/16 2R 2R 2R 2R (Analog Ground) R F = R Out-1 Out-2 + (Digital Ground) MSB LSB Figure 12.8 V out = R f R In decimal V ref Current steering mode of operation of a D/A converter. The output current is often converted into a corresponding voltage using an external opamp wired as a current-to-voltage converter. Figure 12.8 shows the circuit arrangement. The majority of D/A I = V ref converters in IC form have an in-built opamp thatrcan be used for current-to-voltage conversion. For the circuit arrangement of Fig. 12.8, if the feedback resistor R F equals the ladder resistance R, the analogue output voltage at the opamp output is (D V ref ). The arrangement of the four-bit D/A converter of Fig can be conveniently used to explain the ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

18 Conversores D/A Exemplo - Conversor em escada Considerando V ref = 16V, no conversor D/A em escada R/2R com ampop, sendo que R f = 2Ω e R = 1Ω, quais serão as tensões de saída para os seguintes valores digitais na entrada? V out D C B A ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

19 Conversores D/A Conversor D/A BCD No caso do conversor D/A BCD: Os quatro bits menos signicativos (LSD) são iguais ao D/A binário; Os quatro bits mais signicativos (MSD) possuem peso 10 vezes Data Conversion Circuits D/A and A/D Converters 483 maior que o LSD. Most { D1 Significant C 1 Digit B 1 (MSD) A 1 Least { D0 Significant C 0 Digit B 0 (LSD) A 0 BCD D/A Converter Analog O/P Figure BCD-input D/A converter. ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

20 Conversores D/A Exemplo - conversor D/A BCD Projete um conversor D/A BCD de dois digitos (8 bits) através do somador ponderado. ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

21 Avisos Avisos Prova: 23/06 às 12:40 Contadores; Divisores de frequência; Temporizador 555; Conversores A/D e D/A. Exame: 30/06 ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

22 Referências [1] Ivan V. Idoeta and Francisco Gabriel Capuano. Elementos de Eletrônica Digital. São Paulo: Érica, [2] Anil K. Maini. Digital Electronics Principles: Devices and Applications. Wiley, [3] Ronald J. Tocci. Sistemas Digitais Princípios e Aplicações. Prentice Hall, ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23

23 Aula 29 - Conversores A/D e D/A Prof. Renan Sebem Disciplina de eletrônica digital Departemanto de engenharia elétrica Centro de Ciências Tecnológicas (CCT) Universidade Do Estado de Santa Catarina (UDESC) Joinville-SC Brasil 14 de Junho de 2015 Obrigado. ELD0001 Prof. Renan Sebem Aula / 23