Conversão A/D e D/A - parte 2

Conversão A/D e D/A - parte 2

1. Linearidade ou precisão relativa

   • maior distância entre ideal e real |ε|< Δ/2, limite que garante um conversor monotônico
     • ε - erro de linearidade; Δ - variação nominal de tensão correspondente a 1 LSB

2. Como aquisitar/enviar dados

   • Em aplicações onde uma grandeza física deve ser processada por um sistema digital os dados analógicos devem passar por um processo de aquisição de dados.
   • Na saída para atuadores, os dados digitais devem ser armazenados em registradores, para serem mantidos até que a conversão D/A seja feita. (manter os dados em registradores para que "aguente" o tempo da conversão D/A)
   • É necessário enviar e receber sinais de controle entre o sistema digital e o ADC/DAC para regular a transmissão/recepção de dados convertidos. Exemplos:
     • EOC (end of conversion) - indica o fim da conversão A/D e que o dado está pronto para a leitura pelo sistema digital.
     • START ou CONVST (conversion start) - é enviado pelo sistema digital para que o ADC inicie a leitura.
     • CS e WR (chip select e write) - permite selecionar e escrever em um DAC o valor digital que será convertido.
   • Como aquisitar dados
     • O sistema envia um sinal START e aguarda o conversor AD terminar a conversão para ler a saída digital do conversor.
     • Abordagem assíncrona: tempo de conversão muda, depende do valor.
     • O tempo de conversão restringe o número de amostra que podem ser coletadas por segundo (SPS - samples per second)
       • Permitir que a entrada analógica varie durante a conversão pode acelerar ou atrasar a conversão.
       • A saída digital não pode ser lida até o final da conversão.
       • Se o conversor AD é mais lento que o sinal de entrada o sinal reconstruído perde muita informação. (se o sinal varia muito rápido e a gente não consegue coletar amostras suficientes que consigam pegar todas as variações dele é o sinal que você está perdendo alguma informação do sinal que entra)

3. Amostragem e retenção ou SAMPLE and HOLD (S/H)

   • Durante a conversão A/D, o sinal analógico não deve varias para não afetar o resultado do processo. Este nível de tensão deve ser retiro após sua amostragem.
   • O circuito de sample and hold (S/H) ou track and hold (T/H) estabiliza a tensão analógica durante o processo de conversão A/D.
   • Na aquisição analógica, o tempo de carga do capacitor deve ser aguardado para garantir que o valor analógico está disponível para a conversão no ADC. ESTE TEMPO DEVE SER O MENOR POSSÍVEL.
   • Decorrido esse tempo, a chave é aberta e o valor analógico é mantido até a descarga completa do capacitor. ESTE TEMPO DEVE SER O MAIOR POSSÍVEL.
   • O tempo de conversão do ADC deve ser o menor possível para não permitir que a tensão no capacitor se altere significativamente (tamanho do degrau) durante a conversão.
   • O sistema digital deve aguardar o tempo de aquisição entre cada amostra e a frequência de amostragem em S/s (samples per second - amostras por segundo)

4. Multiplexação em ADC

   • Devido ao alto custo do circuito ADC é comum o uso de diversos canais em um mesmo conversor (aproveitar o circuito do conversor para diversas entradas analógicas).
   • Todos os canais são enviados a um circuito multiplexador analógico que, através de entradas de seleção, envia para conversão apenas uma entrada por vez.
   • Esta implementação reduz custo mas aumenta o tempo entre leituras de um mesmo canal.

5. Conversor D/A em CI

   • CI - CMOS - AD 7524: 8 bits DAC, registrador de entrada, entradas de controle, redes R-2R, interface digital paralela.
   • CI - CMOS - DAC 0808 - 8 bits DAC, converte corrente em tensão, redes R-2R, interface digital paralela.
   • CI - CMOS - AD 5424: 8 bits DAC (mais moderno), com interface paralela. Saída (de corrente) unipolar Vout = - Vref * D/ (2^n) ou bipolar.

6. Conversor A/D em CI

   • CI - CMOS - AD 7880: A/D de 12 bits, por aproximações sucessivas (SAR - sucessive aproximation register) - interface de saída digital: paralela, entrada analógica diferencial.
     • Unipolar 0-5 V ou 0-10 V, Bipolar -5 5V
     • Converte em 15 microsegundos, considerando T/H de 3 microsegundos
   • CI CMOS - AD 7829-1 - A/D de bits Flash de 8 canais, T/H, multiplexador de entrada (de 8 para 1), saída paralela.
     • Converte em 420 nanosegundos

7. Conversor A/D e D/A em CI

   • CI CMOS - PCF - 8591: A/D 4 canais D/A - 8 bits. Interface I^2C serial. Aproximações sucessivas.

8. Processamento digital de sinais

   • Dados analógicos convertidos em digitais podem ser enviados a um processador digital de sinais (DPS). Este processador tem alto desempenho para processar dados em tempo real, entre amostragem dos sinais analógicos.
   • É possível processar os dados digitais convertidos para realizar algumas tarefas de difícil realização em circuitos analógicos.
     • SOBREAMOSTRAGEM - inclusão de dados para suavizar transições dos sinais analógicos gerados por DAS.
     • FILTROS - eliminação de ruídos em alta frequência para controle de equipamentos. Exemplo> controle de equipamentos (trepidação em motores).
     • TRANSFORMAÇÃO RÁPIDA DE FOURIER - permite obter à intensidade das frequências de uma tensão ou corrente medida e calcular THD (distorção harmônica total)

9. Tipos de conversor: para escolher um tipo de conversor deve-se levar em consideração sua eficiência, resolução e seu custo.

   • Área: medição de precisão. Exemplo: multímetros digitais. ADC: rampa dupla (não usa DAC). Características: taxa de amostragem mais baixa, alta resolução e boa rejeição à ruído.
   • Área: voz/áudio. Exemplo: mesas digitalizadoras. ADC: sigma/delta sinal -> fluxo de bits modulado. Características: largura de faixa moderada, sobreamostragem e alta resolução.
   • Área: aquisição de dados. Exemplo: sistema com múltiplas entradas analógicas. ADC: Aproximação sucessiva. Características: alta taxa de amostragem e baixo custo.
   • Área: alta velocidade. Exemplo: osciloscópio, vídeo digital, comunicações. ADC: arquitetura pipeline ou flash. Características: custo baixo, baixa resolução (flash) ou alta resolução (pipeline).

10. Aplicações de DACs

    • Geradores de formas de onda: ao se controlar a sequência de bits apresentados à entrada de um DAC, pode-se determinar uma forma de onda arbitrária na saída. Isso é possível em um circuito sequencial.
    • Controle de atuadores: uma saída de um sistema digital pode ser convertida em um sinal analógico para controle da velocidade de motores, abertura proporcional de válvulas, controle de temperatura, etc.
    • Testes automáticos: sinais provenientes de sistemas diigitais podem ser convertidos em fontes de corrente e tensão controladas para realizar testes em dispositivos de proteção de equipamentos de subestação.

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