Conversão AD e DA pt.1

Conversão AD e DA pt.1

1. Quantidade

   • Digital
     • Tem um valor especificado entre duas possibilidades, como 0 ou1. Na prática, é um valor dentro de faixar e definimos que valores na mesma faixa possuem o mesmo valor digital
   • Analógica
     • Pode assumir qualquer valor ao longo de uma faixa contínua e seu valor exato é relevante
     • A maioria das grandezas físicas são analógicas e pode assumir qualquer valor dentro de uma faixa

2. Elementos envolvidos quando um computador monitor uma variável física anallógica

   • Transdutor: Converte a variável física em elétrica
     • [1]
   • Conversor analógico-digital(ADC): A saída elétrica do transdutor serve como entrada analógica do ADC. Este converte essa entrada em saída digital, que consiste de um número de bits que representa o valor da entrada analógica
   • Computador: A representação digital da variável de processo é transmitida do ADC para o computador, que armazena o valor digital e o processa de acordo com as instruções do programa que pode realizar cálculos ou outras operações)
   • Conversor digital-analógico (DAC): Essa saída digital do computador está conectada a um DAC, que a converte em tensão ou corrente analógica proporcional
   • Atuador: O sinal analógico do DAC é quase sempre conectado a algum dispositivo ou circuito que serve como atuador para controlar a variável física

3. Fonte das imagens

   • [1]: Tocci, 2011

4. Circuitos Conversores D/A

   • O amplificador operacional é empregado como somador, que produz a soma ponderada das tensões de entrada. Ele multiplica a tensão de entrada pela razão entre o resistor de realimentação Rf e o correspondente de entrada Rin
     • [1]
   • A resolução desse conversor D/A é igual ao peso do LSB
   • Rede R/2R: A corrente Iout depende da posição das quatro chaves e as entradas binárias controlam os estados delas
     • Vout = (-Vref/16)B onde B é a entrada binária de 0000 a 1111
     • [1]

5. Especificações de DACs

   • Resolução percentual: Depende do número de bits. Quanto mais bits maior a resolução e menos sensível é o DAC
   • Precisão: Deve ser compatível com a resolução
     • Erro de fundo de escala: desvio máximo da saída do DAC do valor esperado (ideal), expresso como porcentagem do fundo de escala
     • Erro de linearidade é o desvio máximo a partir do tamanho ideal do degrau
   • Erro de offset: é a tensão residual que aparece na saída do conversor quando as entradas estão em 0. Pode ser ajustada interna ou externamente
   • Tempo de estabilização: Tempo necessário para a saída do DAC ir de 0 ao fundo de escala conforme a entrada binária muda
   • Monotonicidade: Um DAC é monotôno se sua saída aumenta conforme a entrada binária é incrementada de um valor para o seguinte

6. CI AD7524

   • Conversor D/A de 8 bits que usa rede R/2R
   • Tempo máximo de estabilização é, em geral, 100 ns
   • Precisão de fundo de escala é de mais ou menos 0,2% F.S.
     • [1]
   • Vref varia entre tensões positivas e negativas de 0 a 25 V

7. Aplicações de DACs

   • Controle
   • Teste automático
   • Reconstrução de sinais
   • Conversão A/D
   • Controle de amplitude digital

8. Análise de defeito em DACs

   • O teste estático implica configurar a entrada binária com um valor fixo e verificar a saída analógica com um medidor de alta precisão. Ele é usado para conferir se os valores de saída estão dentro da faixa esperada
     • Se não estiver dentro da faixa esperada, algumas possíveis causas são: Erro de offset excessivo causado pelo envelhecimento do componente ou temperatura, problema na tensão de referência, conexões abertas ou em curto em quaisquer entradas binárias
   • O teste do tipo escada é usado para verificar a monotonicidade do DAC. Ele detecta defeitos internos ou externos que fazem com que uma entrada não contribua ou contribua permanentemente para a saída analógica

9. Conversão Analógica-Digital

   • Ele recebe uma tensão analógica de entrada e, após certo tempo, produz um código digital de saída que representa a entrada analógica
   • Alguns tipos importantes de ADCs usam um DAC como parte de seus circuitos
   • O amplificador operacional tem duas entradas analógicas e uma saída digital que muda de estado dependendo da maior entrada analógica
     • [1]
   • ADC de rampa digital
     • Forma de onda em Vax é uma rampa passo a passo
       • [1]
     • Start reseta o contador para começar o processo
     • Erro de quantização: Diferença entre a quantidade real (analógica) e o valor digital associado
     • Tempo de conversão
       • Máximo = ((2^n)-1) ciclos de clock
       • Médio= tmax/2 ~~2^(n-1)ciclos de clock
   • ADC de aproximações sucessivas
     • Tem circuito mais complexo que um ADC de rampa digital, mas o tempo de conversão é muito menor. Ele tem valor fixo de tempo de conversão que não depende do valor analógico de entrada
       • [1]
     • Tempo de conversão = N ciclos de clock. É independente do valor de Va
   • ADCs Flash
     • É o ADC disponível de maior velocidade, porém requer muito mais circuitos que os outros tipos
       • [1]
     • Disponível em unidades de 2 a 8 bits
     • Tempo de conversão: O conversor flash não usa sinal de clock porque nenhuma temporização ou sequenciamento é necessário. O tempo depende apenas dos atrasos de propagação dos comparadores e da lógica de codificação
   • ADC de rampa dupla
     • Tem um dos maiores tempos de conversão, porém apresenta custo relativamente baixo porque não requer componentes de precisão
       • [1]
     • Alta resolução para converter sinais analógicos de largura de banda baixa
     • Baixa sensibilidade ao ruído e às variações nos valores dos componentes provocadas pelas mudanças de temperatura
   • ADC de tensão-frequência
     • É o mais simples pois não usa DAC, usa um Oscilador controlado por tensão linear (VCO) que produz frequência de saída proporcional à tensão de entrada
     • É aplicado em ambientes industriais ruidosos nos quais sinais analógicos pequenos precisam ser transmitidos a partir de circuitos transdutores para um computador de controle
   • Modulação sigma/delta
     • É um dispositivo de sobreamostragem, ele efetua amostras em uma frequência maior que a mínima taxa de amostragem
       • [1]
   • ADC pipelined
     • Usa dois ou mais estágios de subfaixas. Cada estágio contem um ADC de n-bits junto com um DAC de n-bts
     • A diferença entre o sinal de entrada e a saída DAC será amplificada por um gnho de conjunto,G, e é referida como sinal residual, convertido para uma resolução mais fina pelo próximo estágio de canalização
       • [1]

10. Conversão Digital-Analógica

    • É o processo em que o valor representado em código digital (como binário) é convertido em tensão ou corrente proporcional ao valor digital
    • A tensão de referência, Vref, é usada para determinar a saída de fundo de escala ou o valor máximo que o conversor D/A gera
    • saída analógica = K*entrada digital
      • K é o fator de proporcionalidade
    • A saída é pseudo-analogica pois tem valores específicos que pode assumir
    • As contribuições de cada entrada digital são ponderadas de acordo com sua posição no número binário
    • A resolução/tamanho do degrau é definida como a menor variação na saída analógica como resultado de mudanças na entrada digital
      • É igual ao peso do LSB
        • [1]
      • Afs é a saída de fundo de escala analógica e N o número de bits
    • A resolução percentual expressa a quantidade de tensão/corrente por degrau
      • [1]

11. CI ADC0804

    • Tem duas entradas analógicas, Vin(+) e Vin(-) para permitir entradas diferenciais
    • Converte tensão diferencial analógica de entrada em uma saída digital de 8 bits com buffers tristate
    • Tem conexões de terra separadas para tensões analógicas e digitais
    • Tem circuito gerador de clock interno que produz frequência de f = 1/(1,1RC), em que R e C são valores dos componentes conectados externamente
      • [1]
    • Usando frequência de clock de 606 kHz, o tempo de conversão é de aproximadamente 100us

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