Download - Introdução Conversores AD
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Sistemas Digitais
Introduo aos Conversores
de Dados
Professor Tiago Balen
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Sumrio
Introduo
Quantizao, amostragem, aliasing
Conversores de dados (A/D e D/A)
Parmetros importantes
Exemplos
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Introduo
Mundo Fsico Analgico
Aplicaes: Instrumentao, controle, monitoramento, DSP
Conversores de dados fazem a traduo entre os mundos analgico e digital
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Conversores de dados
A/D Analgico para digital
D/A Digital para analgico
A D
D A
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Converso A/D - Amostragem
O sinal amostrado em
intervalos de tempo
determinados pelo relgio
(freqncia de
amostragem)
Estes valores so
quantizados dentro das
possibilidades binrias do
conversor
Sample & Hold
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Converso A/D - Quantizao
Tenso de referncia
+Vref -Vref
5 - GND
2,5V 01111111 = 127
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Converso A/D - Quantizao
Tenso de referncia
+Vref -Vref
5 - GND
5V 11111111 = 255
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Converso A/D - Quantizao
Tenso de referncia
+Vref -Vref
5 - GND
0V 00000000 = 0
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Converso A/D - Quantizao
Tenso de referncia
+Vref -Vref
+10 -10
-10V 00000000 = 0
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Converso A/D - Quantizao
Tenso de referncia
+Vref -Vref
+10 -10
10V 11111111 = 255
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Converso A/D - Quantizao
Tenso de referncia
+Vref -Vref
+10 -10
0V 01111111 = 127
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Converso A/D - LSB
Least Significant BIT
a resoluo de um conversor em Volts para uma dada tenso de referncia
Depende do nmero de BITs e da tenso de fundo de escala VFS (diferena de tenso
entre +Vref e -Vref)
LSB = VFS/2n
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Converso A/D - LSB
Least Significant BIT
+Vref -Vref
+10 -10
72,18 mV00000001 = 1
LSB = 20/256
= 78,125 mV
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Converso A/D
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Converso A/D Sample & Hold
Sinal amostrado Sinal amostrado com S&H
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Erro de Quantizao
Inerente a
qualquer
conversor
SNRdB = 1,76 + 6,02*n
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Erro de Quantizao
Exemplo
SNRdB = 1,76 + 6,02*n
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Rudo kT/C
Rudo trmico no circuito S&H um limitador real da
resoluo efetiva do conversor.
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Converso A/D - Amostragem
Teorema da Amostragem de Nyquist
Para que um dado sinal amostrado possa ser reconstrudo sem perda de informao este
deve ser amostrado em uma freqncia igual
ou superior a duas vezes a mxima
componente de freqncia do sinal (banda)
fs 2*Bw Em alguns casos utiliza-se sobre-amostragem para facilitar a construo do filtro anti-alias
fs = 10*Bw (OSR Over Sampling Ratio = 5)
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Converso A/D - Amostragem
fs 2*Bw Em alguns casos utiliza-se sobre-amostragem para facilitar a construo do filtro anti-alias
fs = 10*Bw (OSR Over Sampling Ratio = 5)
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O aliasing em frequncia
Um sinal amostrado no domnio tempo tem seu espectro replicado no domnio
freqncia
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O aliasing em frequncia
Um sinal amostrado no domnio tempo tem seu espectro replicado no domnio
freqncia
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O aliasing em frequncia
Um sinal amostrado no domnio tempo tem seu espectro replicado no domnio
freqncia
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O aliasing em frequncia
Um sinal amostrado no domnio tempo tem seu espectro replicado no domnio
freqncia
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O aliasing em frequncia
http://zone.ni.com/reference/en-XX/help/372416A-01/svtconcepts/acq_sim_dyn_sig
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O aliasing em frequncia
Testando placas de som
com onda quadrada.
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O aliasing em frequncia
Um sinal amostrado no domnio tempo tem seu espectro replicado no domnio
freqncia
necessrio limitar a banda de interesse
Filtro Anti
AliasS&H A/D
Sinal
analgico
Sinal
convertido
para digital
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O aliasing em frequncia
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Exerccio
Ler o material presente na pgina:
http://www.qsl.net/py4zbz/tutsstv9.htm
Os Efeitos do Anti-
Aliasing em Placas Grficas
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Converso D/A
Mais simples que a converso A/D
Sinal
digitalizado
Sinal analgico com rudo de quantizao
Utiliza-se filtro suavizador na sada para reconstruir o sinal analgico
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Diagrama tpico
Filtro Anti
AliasS&H A/D
Sinal
analgico
mControlador
mProcess.
DSP
D/AFiltro
Suavizador
Sinal
analgico
reconstrudo
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Tipos de Conversores A/D
Nyquist rate
- Utilizam
amostragem a
taxas prximas a
de Nyquist (5 a 8
vezes)
Oversampling- Utilizam
sobreamostragem
(>10x)
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Conversor Rampa Simples (Single Slope)
Ideia Bsica: Medir o tempo que o
sinal a ser convertido, integrado,
demora para atingir uma referncia
conhecida.
No idealidades tornam este princpio impraticvel para resolues mdias e altas.
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Conversor Dupla Rampa (Dual Slope)
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Conversor Dupla Rampa (Dual Slope)
(1)
(2)
(3)
(4)Vantagem: Insensibilidade tenso de
offset do comparador
Desvantagem: tempo de converso
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Conversor Dupla Rampa (Dual Slope)
Circuito Comercial baseado em dupla rampa
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Conversor
Flash
Vantagem:
Velocidade de converso
Desvantagem:
numero de comparadores
cresce exponencialmente
com a resoluo do
conversor
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Sub-Ranging
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Pipeline Converters
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Time Interleaved
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Conversor Sigma-Delta (SD)
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Conversor Sigma-Delta (SD)Princpios
Modulao Diferencial (D) PCM
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Conversor Sigma-Delta (SD)Princpios
Modulao Diferencial (D) PCM Modulao SD
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Conversor Sigma-Delta (SD)Princpios
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Conversor Sigma-Delta (SD)Noise Shaping
OSR e Noise Shaping
fazem com que o os
conversores SD tenham excelente resoluo, com
uma boa fs
No entanto este tipo de
conversor no a melhor
escolha para low power e
low area.
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SAR ADCs
SAR: Successive Approximation Register
Dicotomia, busca binria
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Aproximaes sucessivas
Exemplo de busca binria para 3 bits
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Exemplo: ADC0808
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Charge redistribution SAR
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Charge Redistribution SAR
Three distinct phases sample mode, all capacitors of the array are
connected to Vin
hold mode : Vin is held at the comparator input.
The conversion itself is performed in the third phase:
The redistribution mode
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Charge Redistribution SAR
Vref = 0.8V
Vin = 0.35V
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Charge redistribution SAR
Tenso na entrada do comparador
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Resoluo x fs
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Como escolher um conversor
Serial ou paralelo
Sada em corrente ou tenso
Resoluo (# de BITs)
Taxa de amostragem
Settling Time
Tenso de alimentao (simtrica ou no)
Erros de Offset, DNL, INL
SFDR, THD, ENOB
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Exerccios
1) Faa um resumo de poucas linhas que
contenha as principais caractersticas funcionais
dos conversores
a) Dual Slope; b) SAR ; c) SD; d) Flash;
Comparando-os em termos de resoluo,
frequncia de amostragem e outras
caractersticas como consumo de energia e
indicando aplicaes em que estas
caractersticas so necessrias
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Exerccios
2) Acesse o site da biblioteca (Sabi) e pesquise no
livro indicado, pelo menos 3 arquiteturas de
conversores DA, indicando resumidamente seu
princpio de funcionamento, caractersticas e
limitaes, alm de aplicaes onde estas
caractersticas e limitaes sejam relevantes
Faa o resumo em forma de slides, com, no
mximo 3 slides por arquitetura e envie o
arquivo pelo moodle.