Conversão A\D e D\A parte 2

Conversão A\D e D\A parte 2

1. Objetivos

   • Entender
     • Aquisição e envio de dados convertidos por DAC's e ADC's
       • Tecnologias de amostragem, retenção e multiplexação analógica
       • Propriedades dinâmicas
     • Aplicabilidade do processamento digital de sinais
       • Ganhos
     • Características de interesse de conversores A\D e D\A
       • Exemplificando
         • CI's comerciais
       • Comparando
         • Aplicações a cada tipo de conversor

2. Relembrando

   • Conversão D\A
     • Processo em uma quantidade expressa por um valor binário de código digital é convertido em um valor de tensão (V) ou corrente (A) proporcional ao valor digital
   • Conversão A\D
     • Processo em uma quantidade expressa por um valor de tensão (V) ou corrente (A) é convertida em um valor binário em um código proporcional ao valor análogo

3. Conversor A\D em CI

   • Conversor ADC - 12bits
     • Conversor por aproximações sucessivas
     • Obs:
       • Converte em 15µs, contando o tempo de T/H de 3µs
     • Faixas de operação
       • Unipolar
         • 0-5V ou 0-10V
       • Bipolar
         • -5 a +5V
     • Codificação de saída (unipolar)
     • Codificação de saída (bipolar)
       • Complemento a 2
   • Conversor ADC - 8bits
     • Flash de 8 canais
     • Obs:
       • Converte em 420µs
       • Cerca de 35x mais rapido comparado ao CI CMOS -AD 7880
     • Possui circuito de T/H
     • Entrada analógica selecionada por multiplexador de 8 para 1
     • Codificação
       • Zoom in - Circuito interno

4. Aplicações em ADCs

5. Multiplexação em ADC

   • Circuito multiplexador
     • Todos os canais são enviados para um circuito multiplexador que, através de entradas de seleção, envia para conversão uma entrada por vez
     • Soluciona o problema do alto custo do circuito ADC
       • Diversos canais
       • A multiplexação reduz custo, entretanto aumenta o tempoentre leituras de um mesmo canal

6. Conversor D\A em CI

   • Conversor DAC - 8bits
     • CI CMOS - AD7524 - EP
       • CI CMOS - DAC0808
         • Ambas possuem Redes R\2R e interface digital paralela, mas apenas no CI CMOS - AD7524-EP possui entradas de controle
     • CI CMOS - AD 5424 (mais moderno)
       • Também possui interface paralela e rede R/2R. A saída de corrente pode ser unipolar ou bipolar
       • Equação de saída
       • Tabela unipolar de codificação
       • Circuito conversor de corrente para tensão

7. Aplicações em DACs

   • Geradores de forma de onda
     • Ao se controlar a sequência de bits apresentados à entrada de DAC, pode-se determinar uma forma de onda arbitrária na saída
       • Passível com um circuito sequencial
   • Controle de atuadores
     • Uma saída de um sistema digital poder ser convertida em um sinal analógico para controle de velocidade de motores, abertura proporcional de válvulas, controle de temperatura etc
   • Testes automáticos
     • Sinais provenientes de sistemas digitais podem ser convertidos em fontes de corrente e tensão controladas para reduzir testes e dispositivos de proteção de equipamentos de subestações

8. Conversor D\A e A\D em CI

   • CI CMOS PCF8591
     • A\D (4 canais)
     • D\A (8 bits)
     • Interface serial 1°C (comunicação para microcontroladores)
     • Possui multiplexador de 4 canais
     • Conversor A\D de aproximações sucessivas

9. Linearidade ou precisão relativa

   • Conversor D\A
     • Valores ideais x Valores reais
       • Erro de Linearidade maior distancia entre ideal e real
       • Onde, Delta (Δ)= Tamanho de degrau (resolução)
         • Variação nominal de tensão correspondente a 1 LSB
       • Obs
         • Se o ε for menor que a metade da resolução temos: Perda de mono tonicidade
       • "Não" mono tonicidade

10. Amostragem\ Retenção ou Sample and Hold (S\H)

    • Conversão A\D
      • Sinal analógico não deve variar para não afetar o resultado do processo. Esse nível de tensão deve ser retido após sua amostragem
    • Circuito de sample and hold (S\H)\Track and hold (T/H)
      • Estabiliza a tensão analógica durante o processo de conversão A\D
      • Exemplo
        • Obs
          • Tempo de carga e descarga do capacitor
        • Aquisição analógica
          • O tempo de carga do capacitor (tempo de aquisição) deve ser aguardado para garantir que o valor analógico esteja disponível para conversão no ADC
            • Este tempo deve ser o menor possível
          • Tempo de aquisição
            • Decorrido este tempo, a chave é aberta e o valor analógico é mantido até a descarga completa do capacito
              • Este tempo deve ser o maior possível
        • Tempo de converção (ADC)
          • Deve ser o menor possível para não permitir que o sinal se altere significativamente (tamanho do degrau) durante a conversão
        • Sistema digital
          • Deve aguardar o tempo de aquisição e o tempo de conversão do ADC para ler o dado em suas entradas digitais
        • Tempo de aquisição + tempo de conversão do ADC
          • Determina o mínimo intervalo entre cada amostra e a frequência de amostragem em S\s (Samples per second - amostras por segundo)

11. Aquisição\ Envio de dados

    • Em aplicações onde uma grandeza física deve ser processada por um sistema digital (ex.: microcontrolador) os dados analógicos devem passar por um processo de aquisição de dados
    • Ex: Temperatura de um sensor
    • Saída para atuadores
      • Dados digitais devem ser armazenados em registradores, para serem mantidos até que a conversão D\A seja feita
    • Sinais de controle
      • Sistema digital e o ADC\DAC
        • 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 leitura pelo sistema digital
        • START ou CONVST (Conversion Stardt)
          • Enviado pelo sistema digital para que o ADC inicie a leitura
        • CS e WR (Chip Select e Write)
          • Seleciona e escreve em um DAC o valor digital que será convertido
    • Como aquisitar dados
      • Abordagem assíncrona
        • O tempo de Start muda conforme o tempo
        • Obs:
          • Restrição do número de amostras coletadas por segundo (SPS - Sample per second) pelo tempo de conversão
            • Problema 1
              • Se a entrada analógica variar durante o tempo de conversão ela pode acelerar\atrasar o processo de conversão
            • Problema 2
              • A saída digital não pode ser lida até o final do processo de conversão
                • Problema resolvido com EOC
            • Obs:
              • Se o conversor A\D é mais lento que o sinal de entrada, o sinal reconstruído perde muito informação

12. Processamento digital de sinais

    • Dados analógicos convertidos em digitais podem ser enviados a um processo digital de sinais (Digital Signal Processor)
      • Processador com alto desempenho para processar dados em tempo real, entre amostragem dos sinais analógicos
    • Tarefas realizadas pro circuitos digitais convertido que são difíceis de serem realizados por circuitos analógicos
      • Sobreamostragem
        • Inclusão de dados para suavizar transições dos sinais analogicos gerados por D\As
      • Filtros
        • Eliminação de ruídos em alta frequência para controle de equipamentos
      • Transformada rápida de Fourier
        • Permite obter a intensidade das frequências de uma tensão ou corrente medida e calcular THD (distorção harmônica total)

13. Problemas típicos

    • Conversores A\D e D\A, na instrumentação, são projetados para sensores e atuadores com características especificas.

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