Introdução Conversores AD

Sistemas Digitais

Introduo aos Conversores

de Dados

Professor Tiago Balen

Sumrio

Introduo

Quantizao, amostragem, aliasing

Conversores de dados (A/D e D/A)

Parmetros importantes

Exemplos

Introduo

Mundo Fsico Analgico

Aplicaes: Instrumentao, controle, monitoramento, DSP

Conversores de dados fazem a traduo entre os mundos analgico e digital

Conversores de dados

A/D Analgico para digital

D/A Digital para analgico

A D

D A

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

Converso A/D - Quantizao

Tenso de referncia

+Vref -Vref

5 - GND

2,5V 01111111 = 127


Tenso de referncia

+Vref -Vref

5 - GND

5V 11111111 = 255


Tenso de referncia

+Vref -Vref

5 - GND

0V 00000000 = 0


Tenso de referncia

+Vref -Vref

+10 -10

-10V 00000000 = 0


Tenso de referncia

+Vref -Vref

+10 -10

10V 11111111 = 255


Tenso de referncia

+Vref -Vref

+10 -10

0V 01111111 = 127

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

Converso A/D - LSB

Least Significant BIT

+Vref -Vref

+10 -10

72,18 mV00000001 = 1

LSB = 20/256

= 78,125 mV

Converso A/D

Converso A/D Sample & Hold

Sinal amostrado Sinal amostrado com S&H

Erro de Quantizao

Inerente a

qualquer

conversor

SNRdB = 1,76 + 6,02*n

Erro de Quantizao

Exemplo

SNRdB = 1,76 + 6,02*n

Rudo kT/C

Rudo trmico no circuito S&H um limitador real da

resoluo efetiva do conversor.


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)


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)

O aliasing em frequncia

Um sinal amostrado no domnio tempo tem seu espectro replicado no domnio

freqncia


http://zone.ni.com/reference/en-XX/help/372416A-01/svtconcepts/acq_sim_dyn_sig


Testando placas de som

com onda quadrada.


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

Exerccio

Ler o material presente na pgina:

http://www.qsl.net/py4zbz/tutsstv9.htm

Os Efeitos do Anti-

Aliasing em Placas Grficas

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

Diagrama tpico

Filtro Anti

AliasS&H A/D

Sinal

analgico

mControlador

mProcess.

DSP

D/AFiltro

Suavizador

Sinal

analgico

reconstrudo

Tipos de Conversores A/D

Nyquist rate

- Utilizam

amostragem a

taxas prximas a

de Nyquist (5 a 8

vezes)

Oversampling- Utilizam

sobreamostragem

(>10x)

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.

Conversor Dupla Rampa (Dual Slope)


(1)

(2)

(3)

(4)Vantagem: Insensibilidade tenso de

offset do comparador

Desvantagem: tempo de converso


Circuito Comercial baseado em dupla rampa

Conversor

Flash

Vantagem:

Velocidade de converso

Desvantagem:

numero de comparadores

cresce exponencialmente

com a resoluo do

conversor

Sub-Ranging

Pipeline Converters

Time Interleaved

Conversor Sigma-Delta (SD)

Conversor Sigma-Delta (SD)Princpios

Modulao Diferencial (D) PCM


Modulao Diferencial (D) PCM Modulao SD

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.

SAR ADCs

SAR: Successive Approximation Register

Dicotomia, busca binria

Aproximaes sucessivas

Exemplo de busca binria para 3 bits

Exemplo: ADC0808

Charge redistribution SAR

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

Charge Redistribution SAR

Vref = 0.8V

Vin = 0.35V

Charge redistribution SAR

Tenso na entrada do comparador

Resoluo x fs

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

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

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.

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