conver sores

Índice 1.Introdução ............................................................................................................................................ 2

2.Conversores Digital/Analógico (D/A) e Analógico/Digital (A/D) .......................................................... 3

2.1 Características importantes e comuns aos conversores D/A e A/D: ....................................... 3

3.Conversores Digital / Analógico (D/A) .................................................................................................. 4

3.1Tipos de converores Digital/Analógico (D/A) ............................................................................. 4

4.Conversores Analógico/Digital (A/D) ................................................................................................... 7

4.1 Tipos de converores Analógico/Digital (A/D) ............................................................................ 7

5.Comparação ....................................................................................................................................... 10

6.Conclusão ........................................................................................................................................... 11

7.Referências Bibliográficas .................................................................................................................. 12

Estudo de conversores em Eletrónica Digital 2015

Isps-Electrónica Digital 3º Ano

1.Introdução

Os dados em um microprocessador estão em forma digital. Isto difere do mundo exterior onde

os dados estão em forma analógica (contínua). Para obter dados digitais, necessitamos de um

conversor analógico/digital (conversor A/D); ele converterá tensão ou corrente analógica

em uma palavra digital equivalente.

Inversamente, depois de uma CPU (Central Processing Unit) ter processado os dados,

muitas vezes pode ser conveniente converter a resposta digital em uma tensão ou

corrente analógicas. Esta conversão requer um conversor digital-analógico (conversor D/A).

A interface analógica é o limite ou a fronteira onde digital e analógico se encontram,

onde o microcomputador se conecta ao mundo exterior. Nesta interface, encontramos ou

um conversor A/D (lado de entrada) ou um conversor D/A (lado de saída).

Uma grande quantidade de técnicas tem sido desenvolvida para se conseguir alcançar cada

vez mais altas resoluções e em conjunto com grandes taxas de amostragem,

principalmente, na conversão AD. Apresentarem, a seguir, algum tipos de técnicas

que achamos mais importante do ponto de vista de inserção no mercado.

O maior desafio para o projetista de circuitos integrado em desenvolver novas técnicas

em encontra na conversão A/D. Assim, a maior parte das técnicas descritas aqui se

encaixa nessa categoria de conversão.



2.Conversores Digital/Analógico (D/A) e Analógico/Digital (A/D)

Conversores A/D e D/A são a base de todo o interfaceamento eletrônico entre o mundo

analógico e o mundo digital. Estão presentes na grande maioria dos instrumentos de

medida atuais e são os responsáveis pelo aumento significativo nos níveis de precisão e

exatidão assim como o barateamento e popularização de instrumentos de medida digitais.

2.1 Características importantes e comuns aos conversores D/A e A/D:

1) Faixa dinâmica: é a faixa de amplitude de operação do sinal analógico (em geral

uma tensão) dentro da região de trabalho (linear) do conversor. O sinal de entrada

deve ser condicionado de forma a possibilitar sua máxima utilização dentro dessa faixa

dinâmica. Os conversores D/A e A/D apresentam na prática uma faixa dinâmica de 0,1 a 10V.

2) Resolução: é a menor quantidade que pode ser convertida (resolvida) dentro da

faixa dinâmica do sinal de entrada. É especificada pelo número de bits do conversor.

São encontrados na prática conversores com resoluções de 8 a 24 bits.

Ex.: Resolução de 12 bits ⇒ significa que o conversor consegue diferenciar sinais

com amplitude ⁄ do valor total da faixa dinâmica. Para uma faixa dinâmica de 5V, a

menor amplitude que pode ser resolvida é: ⁄ = 0,00122 Þ 1,22 mV.

3) Tempo de conversão: é o tempo necessário para se obter o valor na saída (digital

para o A/D; analógico para o D/A) a partir do momento em que o sinal de entrada foi

aplicado e iniciado o processo de conversão. Depende da estrutura do circuito utilizado

e da sua resolução. De modo geral, quanto maior a resolução, maior o tempo

de conversão. Encontram-se, na prática, tempos de conversão variando desde alguns

segundos até sub- nanosegundos. Este tempo é importante para definir a máxima

freqüência possível de ser convertida a partir de um sinal de entrada variante no tempo.

4) Erro de linearidade: expressa o desvio do resultado de conversão de uma reta

ideal. É especificado em uma porcentagem do valor total ou em número de bits.

Ex: Um erro de linearidade de 0,4% equivale a uma linearidade de 1 bit num conversor

de 8 bits. Nos conversores comerciais disponíveis atualmente, esse erro é quase



sempre inferior à ½ bit, ou seja, pode ser desprezado na maioria das aplicações.

3.Conversores Digital / Analógico (D/A)

Convertem uma palavra digital em um sinal analógico sob a forma de uma tensão ou

corrente de saída. São formados por elementos passivos, fontes de referência,

chaves e AMPOP's. A conversão é, em geral, paralela e o tempo de conversão depende

essencialmente da velocidade dos componentes utilizados.

3.1Tipos de converores Digital/Analógico (D/A)

As duas técnicas comumente usadas em conversores D/A são: rede de resistor com peso

binário e a rede R-2R. Ambos os termos se relacionam com a malha de resistores utilizada no

conversor. Estes dois tipos são mais convenientemente descritos para o caso de tensão

na saída, ou seja a palavra digital produz na saída um nível equivalente de tensão.

a) D/A com resistores ponderados:

Este tipo de conversor é mostrado na figura 1, inclui uma tensão de referência, um

conjunto de chaves, um conjunto de resistores de precisão de peso binário e um amplificador

operacional. Cada bit da palavra digital controla a chave correspondente. Se o valor do bit é o

estado binário 1, a chave fecha em +VREF . Se é 0, a chave fecha em 0 [V]. Quando

a chave fecha, a tensão de referência é aplicada no extremo do resistor em série com

a chave, e a corrente flui para o nó somador. A soma das correntes no nó produz

uma tensão na saída proporcional à corrente total e portanto proporcional ao código digital.

Fig.1 Conversor D/A com resistores ponderados



Tensão de saída em função da palavra digital de entrada:

n : número de bits do conversor

bit(i) : assume valores "0" ou "1" de acordo com a palavra digital de entrada

(dado binário)

Vref : tensão de referência do conversor.

MSB: bit mais significativo da palavra digital (binário); LSB: bit menos significativo

Obs.: se n a associação em paralelo dos resistores do circuito tende a R/2 e

Vo-Vref, situação ideal em que não ocorreriam erros de conversão. Entretanto, para

um n muito grande têm-se resistores com valores muito altos e distintos, o que dificulta a

implementação do circuito e gera problemas adicionais ligados à temperatura (diferentes

coeficientes de temperatura dos resistores), ruído (térmico, interferências externas), etc. As

chaves utilizadas são essencialmente transistores controlados pelo nível de tensão/corrente da

palavra digital. A resistência das chaves deve ser desprezível em relação aos

resistores utilizados.



b) Rede de resistores R-2R: usado como alternativa para reduzir a gama de valores

do D/A com resistores ponderados.

Fig. 2 Rede de resistores R-2R

Tensão de saída em função da palavra digital de entrada:

c) Modulador PWM + filtro PB: usado em aplicações de baixo custo e baixa

frequência.

Tempo de resposta elevado devido ao filtro passa-baixas.

Parâmetros importantes:

-resolução do modulador (número de bits)

-frequência de clock do modulador

-frequência de corte do filtro passa-baixas



Fig.3 Modulador PWM + filtro PB

4.Conversores Analógico/Digital (A/D)

Um conversor A/D é um circuito que converte um nível de tensão (ou corrente) em

um valor numérico (digital) correspondente. São a base de qualquer instrumento de

medição digital.

4.1 Tipos de converores Analógico/Digital (A/D)

Existem várias topologias de circuitos conversores A/D : contador ( rampa simples),

integrador (rampa dupla), paralelo (flash), aproximação sucessiva, redistribuição de carga e

sigma-delta.

a) Conversor A/D tipo integrador

Esse tipo de conversor apresenta bastante variações em seu modo de implementação, contudo,

o princípio básico é integrar a voltagem de entrada analógica ou uma referencia de voltagem



ou, ainda, ambas e o resultado obtido é utilizado para controle do número de ciclos de clock

na entrada de um contador binário para obter uma saída digital que represente a

voltagem analógica de entrada.

Fig. 4 Conversor A/D tipo integrador

b) Conversor A/D Tipo Redistribuição de carga

Esta técnica é particularmente adequada para implementação em tecnológica CMOS. A

figura 4 mostra um esquema simplificado de um circuito de um conversor tipo

redistribuição de carga. Este utiliza uma fileira de capacitores com peso binário, um

comparador de tensão e chaves analógicas; o controle lógico, ambém necessário,

por simplicidade não é mostrado na figura. Para entender o principio de funcionamento

deste circuito utilizamos um conversor de 5 bits; o capacitor C T tem a função de fazer a

terminação à fileira de capacitores, fazendo a capacitância total seja igual a um valor de 2C.



Fig. 5 Conversor A/D Tipo Redistribuição de carga

c) Conversor A/D Tipo Sigma-Delta (-∆)

O desempenho do DSP (processamento digital de sinais) e sistemas digitais em geral são

limitados pela precisão do sinal digital de entrada que é alcançada pela interface analógica

digital. A técnica de conversão A/D Sigma-Delta (-∆) é uma forte alternativa que tem sido

utilizada em processadores integrados digitais.

Embora o modulador Sigma-Delta tenha sido introduzido em 1962, só agora com o

surgimento das tecnologias VLSI ele tem ganhado importância. O aumento do uso de

técnicas digitais tem também contribuído para o uso efetivo de conversores A/D de alta

precisão. Uma imposição das interfaces analógico-to-digital é a compatibilidade com a

tecnologia VLSI, a fim de oferecer uma integração monolítica de ambas as seções

analógica e digital em um mesmo chip. Desde que o conversor-∆ A/D são baseados em

técnicas de filtragem digitais, quase que 90% deste é constituído de circuitos digitais o

que garante a compatibilidade.



Fig. 6 Conversor A/D Tipo Sigma-Delta (-∆)

5.Comparação



6.Conclusão

O desenvolvimento de novas tecnologias e novas aplicações no mundo das telecomunicações

só é possível com a utilização dos conversores A/D D/A. A busca de uma alta

performance, onde a velocidade processamento, e capacidade juntamente de com custo

reduzido, são de suma importância em qualquer projeto, tornaram a tecnologia a

conversao analogico-digital Sigma-Delta, uma mas mais utilizadas. Essa tecnologia possui

inumeras vantagens, dentre elas, a mais importante está no fato da tecnologia ser

baseada predominantemente no processamento digital de sinais, fazendo com que

os custos de implementação do projecto sejam ainda menores. Além disso, por possuírem

natureza digital e uma configuração simplificada, os conversores sigma-delta

podem ser integrados em outro dispositivos digitais, trazendo maior facilidade ao projecto



7.Referências Bibliográficas

[1] Park, Sangil, Principles of Sigma-Delta Modulation for Analog-to-Digital Converters, Strategic Applications - Motorola. [2] Eric T. King, Aria Eshraghi, Member, IEEE, Ian Galton, Member, IEEE, and Terri S. Fiez, Senior Member, IEEE: A Nyquist- Rate Delta-Sigma A/D Converter IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 33, NO. 1, JANUARY 1998 [3] www.deetc.isel.ipl.pt/analisedesinai /pdsii/downloads/doc/PDS_9899.pdf [4] www.dei.uminho.pt/lic/ps/slides/cap4.pdf [5] www.inf.ufrgs.br/~girardi/artigos/ 01030189.pdf [6] www.ee.pucrs.br/~decastro/pdf/cd6.pdf

Vol 5 - Agosto/2005

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