FABRCIO CAMPOS
Captulo 11)Interface com o mundo analgico
Conversores DAConversores ADCompreender, Especificar, Comparar os tiposConceitos Bsicos de PROCESSAMENTO DIGITAL DE SINAIS
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11.1) Quantidade Digital x Analgica
Uma quantidade DIGITAL ter um valor que especificado entre duas possibilidades.
Uma quantidade Analgica pode assumir qualquer valorao longo de uma faixa contnua.
A maioria das variveis fsicas analgica e pode
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A maioria das variveis fsicas analgica e podeassumir qualquer valor dentro de uma faixa de valorescontnuos.
Qualquer informao que tenha de entrar em um sistemadigital deve primeiro ser colocada no formato digital.
11.1) Quantidade Digital x Analgica
Elementos envolvidos quando um computador, microcontrolador ou DSP est monitorando, controlando ou processando variveis fsicas
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11.1) Quantidade Digital x Analgica
1) TRANSDUTOR: Converte a varivel fsica emeltrica. (termistores, fotoclulas, fotodiodos,microfone, ...)
2) Conversor ADC: Converte uma tenso eltricaanalgica em uma sada digital (um nmero binrio).
3) Computador, microcontrolador, DSP: Armazena
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3) Computador, microcontrolador, DSP: Armazenao valor digital e o processa.
4) Conversor DAC: Converte o valor digital em umatenso/corrente analgica
5) Atuador: A partir do sinal analgico, controla avarivel fsica.
11.2) Converso Digital-Analgica
Converso D/A o processo onde o cdigo digital convertido em tenso/corrente que proporcional ao valor digital.
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11.2) Converso Digital-Analgica
Vref usada para determinar a sada de fundo de escalaou o valor mximo que o conversor pode gerar
Exemplo: Considere um conversor de 4 bits com fundode escala de 15V. Qual o valor analgico para 0101?
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0101->5Vout=1*5=5VPode ser por regra de trs15 1111x - 0101 2
2
(0101) *15 5*155
(1111) 15x V= = =
11.2) Converso Digital-Analgica
sada analgica = K x entrada digital
Exemplo: Considere DAC de 5 bits. Para 10100 gerado 10mA. Qual Iout para a entrada 11101?
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2
2
10 100,5
(10100) 20
*(11101) 0,5*29 14,5out
mA mAk mA
I k mA
= = =
= = =
11.2) Converso Digital-AnalgicaRESOLUO Tamanho do degrau - k
Menor variao que pode ocorrer na sada analgicaTemos 2n valores e 2n-1 degraus
2 1FS
n
ARESOLUO k =
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11.2) Converso Digital-AnalgicaRESOLUO PERCENTUAL
A resoluo percentual se torna menor conforme o nmero de bits aumenta
% *100%Tamanho do Degral
RESOLUOFundo de Escala
=
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Fundo de Escala
11.3) Circuitos conversores D/AEstudaremos os tipos de DAC com:- Amplificador Somador- Sada em Corrente- Rede R2R
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O Amplificador Operacional
Um amplificador operacional ou amp op um amplificador com ganho muito elevado. Tem dois terminais de entrada: um terminal designado por terminal inversor(-) e o outro identificado por terminal no inversor(+). A tenso de sada a diferena entre as entradas + e - , multiplicado pelo ganho em malha aberta.
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( )*outV V V a+ =
O amplificador operacional recebeu este nome porque foi projetado inicialmente para realizar operaes matemticas.
O Amplificador Operacional
Principais caractersticasGanho a: no ideal, seria infinito. Na prtica, valores to altos como 200000 so possveis.
Impedncia de entrada: infinita no ideal. Na prtica, valores como 10 M so possveis (isso significa que o amplificador no consome corrente pelas entradas).
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Impedncia de sada: nula no ideal. Valores como 75 so encontrados na prtica, significando ausncia de queda de tenso interna na sada.
Resposta de freqncia: de 0 ao infinito no ideal. Na prtica escolhem-se tipos com resposta bastante acima da freqncia na qual iro operar para dar uma aproximao do ideal.
Amplificador OperacionalCircuito multiplicador
Desde que a impedncia das entradas seja muito alta, pode-se supor quenenhuma corrente ser drenada pela entrada inversora. Assim, segundo a leidas correntes de Kirchhoff aplicada ao n S, a corrente em R1 deve ser igual corrente em R2:
( ) ( )
( ) ( )
i 2 1 2 o 2v v / R v v / R
R v v R v v
Deoutra forma
=
=
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( ) ( )
( )
2 i 2 1 2 o
o 1 2 2 1
2 i 2 o 1 o 1 o
2 i 1 o
2o
R v v R v v
v a v v a v porque v 0. Substituindo na anterior
R v R v / a R v / a R v a
R v R v
Rv
R
Sabemos
como muito alto
=
= = =
+ =
=
= i1
v
Amplificador OperacionalCircuito somador
( )o 2 1 i
i 1 o 2
1
A express o v R / R v do circuito multiplicador
pode ser escrita como v / R v / R
Isso est de acordo com o conceito de terra virtual
Se R substitu do por um conjunto de resist ncias, com
=
=
a b c
a a b b c c o 2
o R , R e R
v / R v / R v / R v / R+ + =
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( )a a b b c c o 2
o 2 a a b b c cDe outra forma, v R v / R v / R v / R= + +
Amplificador OperacionalTerra Virtual
Um fato interessante observado quando se determina a impedncia no nS do circuito do tpico anterior. A impedncia dada pela relao entre opotencial no n (v2) e a corrente em R1:Z = v2/IR1J visto que a corrente em R1 igual corrente em R2:IR1 = IR2 = (v2 vo)/R2Substituindo,Z = v R / (v v ) = R / (1 v /v )
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Z = v2 R2 / (v2 vo) = R2 / (1 vo/v2)Portanto,
Desde que o ganho (a) muito grande, a impedncia muito baixa (nula no caso ideal), embora o n no esteja diretamente em contato com a massa. Da a denominao terra virtual. Isso, em outras palavras, pode ser explicado pela realimentao negativa, que tende a anular a entrada em S, mantendo-a no potencial da massa. Tambm significa que no h corrente circulando entre o n S e a terra.
2S
RZ ~ 0
1+a=
Amplificador OperacionalRegras de ouro
Considerando alguns detalhes temos as regras:
1) Impedancia de entrada infinita: As entradas de um AmpOp no "puxam" corrente (impedncia de entrada infinita)
2) Terra virtual: O valor de tenso na sada (fornecido pelo AmpOp),
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2) Terra virtual: O valor de tenso na sada (fornecido pelo AmpOp), ser o necessrio para que as a diferena de voltagem entre as entradas seja igual a zero.
11.3) Circuitos conversores D/AAmplificador Somador: Multiplica cada tenso de entrada pela razo entre o resistor de alimentao RF e o resistor da entrada.
1 1 1( )
2 4 8OUT D C B AV V V V V= + + +
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11.3) Circuitos conversores D/AExemplo: Qual o valor analgico correspondente entrada 1010?
Qual a resoluo deste conversor?
5
0
5
D
C
V V
V V
V V
=
=
=
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5
0
1 1 1(5 0 5 0) (5 0 1,25 0) 6,25
2 4 8
15 0,625
8
B
A
OUT
V V
V V
V V
RESOLUO igual ao peso do LSB
k V V
=
=
= + + + = + + + =
= =
11.3) Circuitos conversores D/APodemos melhorar a preciso da converso usando:1) Resistores de preciso;2) Fonte de referncia de preciso.
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11.3) Circuitos conversores D/ADAC COM SADA EM CORRENTE: Teremos uma corrente de
sada proporcional entrada binria.
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11.3) Circuitos conversores D/AConversor com rede R2R: Se o RMSB for de 1K em um
conversor de 12 bits, o RLSB seria 2121K=4096K. No possvel garantir preciso nesta faixa.
Nas redes R/2R usamos apenas dois valores: R e 2R
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11.3) Circuitos conversores D/AExemplo: Considere VREF=10V. Determine a resoluo e a sada de
fundo de escala
1111 15
10*159,375
16
Para o Fundo deescala
B
Fundo deescala V
= =
= =
0001 1
10*10,625
16
Para o LSB
B
RESOLUO V
= =
= =
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11.4) Especificaes de DACs
Avaliar de um DAC adequado para uma determinada aplicao.
RESOLUO: Depende do nmero de bits. Um DAC de 10 bits tem uma resoluo fina (menor) do que um DAC de 8 bits.
PRECISO: Erro de Fundo de Escala, Erro de Linearidade. o desvio mximo da sada do calor ideal expresso como uma percentagem do
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mximo da sada do calor ideal expresso como uma percentagem do fundo de escala.
OFFSET: o erro constante somando aos valores da sada.
TEMPO DE ESTABILIZAO: o tempo necessrio para estabilizar a sada dentro de 1/2 tamanho do degrau do seu valor de FS.
11.5) AD 7524DAC de 8 bits, rede R2R, sada de correnteQuando ~CS e ~WR esto em baixo realiza a converso, caso contrrio ele mantm a sada.Tempo mximo de estabilizao: 100nsPreciso: +- 0,2%FSVREF=+-25VRF j inserido no chip
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11.6) Aplicaes de DACs
CONTROLE: a sada de um computador convertida em um sinal analgico pode controlar uma varivel fsica.
RECONSTRUO DE SINAIS: Por exemplo para reproduzir uma msica.
CONTROLE DE AMPLITUDE DIGITAL: controle de volume de som
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CONTROLE DE AMPLITUDE DIGITAL: controle de volume de som
DACs Seriais:
