Conversores D/A e A/D - UDESC - CCT · sinal de saída não será perfeito (menos arredondado) pois não foram utilizados todos os pontos do sinal analógico. ... 3. No comparador:

ConversoresD/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 = RCada Passo digital = 0,625 V

Conversor Digital / Analógico R-2nR

� 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.


� 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


� 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 Quanto maior a Taxa de Amostragem, mais perfeito éé o sinal recuperado.o sinal recuperado.


� 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.


� 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



� 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 2n-1

comparadores, onde n é o número de bits de saída.� Para 8 bits, precisaremos de 255 comparadores, o que

aumenta consideravelmente o custo.



Código

Johnson

Código

BCD

Johnson BCD0 0 0 0 00 0 1 0 10 1 1 1 01 1 1 1 1

Rede de Codificação

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 éalcançada, o valor no contador é o equivalente digital do sinal analógico.


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 épositivo).

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 éfornecido um sinal de clock para os FF-D (borda de descida) que armazenam a saída do contador, que é o valor binário proporcional àentrada analógica


� A desvantagem desse tipo de conversor esta relacionada a sua velocidade de conversão, já que ele precisa de até 2n-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


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 > Vreste dígito é deixado em 1; se Ve < Vr este dígito ézerado

4. O bit mais significativo seguinte é colocando em 1

5. O processo continua voltando ao passo 2 até o último bit ser verificado


� 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

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