Conversores D/A e A/D
Introdução Um sinal analógico varia continuamente no tempo. Som Temperatura Pressão Um sinal digital varia discretamente no tempo.
Processamento de sinais digitais Tecnologia amplamente utilizada em várias áreas: Automotiva Equipamentos de consumo Médica Militar Telecomunicações Aplicações de som e voz Pode ser usado para: Melhorar imagens Comprimir dados para transmissão e armazenamento Reconhecimento e geração de voz Redução de ruído e melhoria de áudio
Conversor Digital / Analógico
Conversor Digital / Analógico R-2nR Considerando Rr = R Cada Passo digital = 0,625 V
Conversor Digital / Analógico R-2 n R O número de dígitos binários da entrada também pode ser modificado, bastando adicionar ou remover resistências de entrada, obedecendo a relação 2nR (exemplo: para 5 dígitos binários, a resistência da entrada adicional Ve seria 16 R). O problema é que para 8 Bits R8 = 256R ou seja 256 vezes maior que o bit mais significativo, podendo levar a valores de corrente fora da operação.
Conversor Digital / Analógico R-2R Para Rr = 4R
Conversor Analógico / Digital Para converter um sinal analógico em digital precisamos realizar uma amostragem.
Conversor Analógico / Digital Considerando o sinal como sendo um sinal de áudio, o que o conversor faz é capturar amostras do sinal analógico ao longo do tempo. Sinal Áudio Sinal Áudio Amostrado
Conversor Analógico / Digital A frequência com que o conversor realiza a captura, chama-se taxa de amostragem. Se a frequência for de 20Khz, significa que 20.000 pontos serão capturados por segundo. Na recuperação os valores digitais serão convertidos em tensão, e o sinal de saída não será perfeito (menos arredondado) pois não foram utilizados todos os pontos do sinal analógico. Sinal Áudio Amostrado Sinal Áudio Recuperado Quanto maior a Taxa de Amostragem, mais perfeito é o sinal recuperado.
Conversor Analógico / Digital Porém quanto maior a taxa de amostragem, mais espaço é requerido para armazenagem dos dados, pois uma taxa de 40Khz produz o dobro de pontos de uma Taxa de 20Khz. Se a taxa de amostragem for muito baixa o sinal recuperado terá uma qualidade ruim. Se a taxa for muito alta a qualidade será boa mas o espaço requerido será muito maior. Taxa de amostragem ideal O teorema de Nyquist define que a taxa de amostragem deve ter no mínimo 2 vezes o valor da frequência máxima que se deseja capturar.
Conversor Analógico / Digital Resolução O Valor de cada valor capturado será convertido para um código digital de tamanho fixo, 8 Bits, 64 Bits bits...etc. Se for de 8 bits, com 2^8 = 256, um código de 8 bits pode armazenar 256 níveis diferentes de tensão do sinal original, ou seja, a resolução é dada pela amplitude máxima do sinal dividido pelos níveis digitais
Conversor Analógico / Digital
Conversor Analógico / Digital Principais técnicas de conversão: Paralelo (também conhecido como flash); Contador de rampa contínuo; Aproximação sucessiva Características desejadas Precisão Tempo máximo de conversão
Conversor A/D Paralelo - Flash É o mais rápido disponível. Embora seja simples, requer um número 2 n-1 comparadores, onde n é o número de bits de saída. Para 8 bits, precisaremos de 255 comparadores, o que aumenta consideravelmente o custo.
Conversor A/D Paralelo - Flash
Conversor A/D Paralelo - Flash Rede de Codificação Johnson BCD 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Código Johnson Código BCD
Conversor A/D tipo Rampa A idéia básica é ir aumentando o valor do contador até que ele corresponda ao valor do sinal analógico. Quando está condição é alcançada, o valor no contador é o equivalente digital do sinal analógico.
Conversor A/D tipo Rampa 1. Se a tensão de entrada Ve for maior que a tensão de referência Vr o clock é habilitado para o contador (saída do comparador é positivo). 2. A tensão de referência Vr é obtida da saída de um conversor conversor D/A que recebe a informação digital do contador. 3. O contador é incrementado Enquanto Vr < Ve. 4. Se Vr > Ve, o clock é desabilitado (saída do comparador vai para zero) ao mesmo tempo que é fornecido um sinal de clock para os FF-D (borda de descida) que armazenam a saída do contador, que é o valor binário proporcional à entrada analógica
Conversor A/D tipo Rampa A desvantagem desse tipo de conversor esta relacionada a sua velocidade de conversão, já que ele precisa de até 2 n-1 pulsos de clock para converter cada amostra. Para um conversor A/D de 8 bits, poderiam ser necessários 255 pulsos de clock para converter uma única amostra. Para um conversor de 16 bits esse número poderia chegar a 65.535 pulsos de clock para converter uma única amostra.
Conversor A/D por Aproximação Sucessiva
Conversor A/D por Aproximação Sucessiva 1. O sistema é zerado e o bit mais significativo do registrador é colocado em 1 2. O conversor D/A converte os dígitos binários, gerando a tensão Vr para o comparador 3. No comparador: se Ve > Vr este dígito é deixado em 1; se Ve < Vr este dígito é zerado 4. O bit mais significativo seguinte é colocando em 1 5. O processo continua voltando ao passo 2 até o último bit ser verificado
Conversor A/D por Aproximação Sucessiva A vantagem deste conversor está na velocidade de conversão, sendo necessário, para um sistema de N bits, o tempo de N períodos de clock!
Circuito: Conversor A/D tipo Rampa