Conversores Analógico-Digital
Sistemas Digitais
Introdução
• Diversas grandezas físicas com as quais
lidamos, são grandezas analógicas por
natureza.
Introdução
• Valores analógicos não podem ser diretamente processados
por sistemas digitais.
• Precisam ser convertidos para uma cadeia de bits.
• Esta conversão é conhecida como Conversão Analógica-Digital.
Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas
 Transdutores são equipamentos que convertem
grandezas físicas em sinais elétricos (correntes ou tensões
proporcionais) e vice-versa.
 Exemplo: Tacômetros, Termistores, Células de carga, etc.
Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas
Muitas vezes é necessário realizar o condicionamento do
sinal analógico.
Tipos de Condicionamento:
• ajuste de níveis máximo e mínimo de amplitude;
• filtragem em uma banda adequada de frequência, etc.
Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas
Conversão do sinal por um Conversor A/D, resultando no
sinal digitalizado.
Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas
 O processamento do sinal é feito por um Sistema Digital.
 Os sistemas digitais apresentam maior flexibilidade e
facilidade de depuração.
 Tipos de elementos de Processamento de Sinal Digital:
Microprocessadores, microcontroladores, FPGAs e DSPs.
Etapas de Tratamento de Grandezas Físicas
A conversão do sinal digital presente na saída do Sistema
Digital é feita por um Conversor D/A.
Por que usar Sistemas Digitais?
 Facilmente programáveis
 Maior precisão e exatidão (Imunidade a ruídos)
 Maior reprodutibilidade
 Facilitam o armazenamento (apenas dois valores, 0
ou 1)
 São compactos
Digitalização de Sinais Analógicos
Digitalização de Sinais Analógicos
Digitalização de Sinais Analógicos
Teorema da Amostragem de Nyquist
Um sinal pode ser reconstituído
desde que forem extraídas
amostras com no mínimo o dobro
da freqüência de Nyquist.
Teorema da Amostragem de Nyquist
Freqüência de Nyquist é a maior
componente de frequência de um
sinal.
 N  20kHz
 S  40kHz
Teorema da Amostragem de Nyquist
Obs: Em geral utiliza-se frequências de amostragens pelo
menos 10 vezes maior do que a frequência de Nyquist.
Quantização
n=3bits
Erro de Quantização
Sem Offset
Erro de Quantização
Conversão Analógica-Digital
 Para digitalizar um sinal, precisamos de uma base de
tempo e um Conversor Analógico Digital (ADC), que fornece
uma aproximação digital do sinal original.
Conversão Analógica-Digital
 A aproximação digital é registrada em N bits (nesse caso 4).
Técnicas de Conversão Analógica-Digital
As técnicas de conversão A/D São:
 Codificação Paralela (Conversor A/D Flash);
 Contador Gerador de Rampa;
 Aproximações Sucessivas.
A determinação de qual utilizar leva em conta:
 a precisão desejada; e
 o tempo máximo aceitável para se realizar uma
conversão.
Conversor A/D Flash
Necessita-se de um conjunto de
resistores precisos, de forma que
as frações de tensões de referência
sejam bem-definidas.
Conversor A/D Flash
 Tem como vantagem a velocidade de conversão.
 Mas é expressivamente caro por necessitar de
2N-1 comparadores para converter N bits.
Conversor A/D Flash
Funcionamento
Ve
Vs(1/4Vref)
Vs(2/4Vref)
Vs(3/4Vref)
0 a Vref/4
0
0
0
Vref/4 a 2/4Vref
1
0
0
2/4Vref a 3/4Vref
1
1
0
3/4Vref a Vref
1
1
1
Conversor A/D Flash
Rede de Codificação
Johnson
Código Código
Johnson
BCD
BCD
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
D0 = E1
D1=E0+E1’E2
Conversor A/D Tipo Rampa
1) É gerado um sinal de clear para resetar o contador
Conversor A/D Tipo Rampa
2) Ve é a tensão analógica de entrada. Se Ve > Vr (no
início Vr=0) o clock é habilitado para o contador (saída
do comparador é positiva)
Conversor A/D Tipo Rampa
3) A saída do contador passa por um conversor D/A
para gerar a tensão de referência (Vr)
Conversor A/D Tipo Rampa
4) Enquanto Vr < Ve o contador é incrementado
Conversor A/D Tipo Rampa
5) Se Vr > Ve, o clock é desabilitado (saída do comparador é zero) ao
mesmo tempo que é fornecido um sinal de clock para os FF-tipo D
(sensíveis à borda de descida do controle clock) que armazenam a saída
do contador, que é o valor binário proporcional à entrada analógica
Conversor A/D Tipo Rampa
A desvantagem deste conversor está no tempo de
resposta. Como o contador sempre começa em zero e
realiza a contagem por meio de uma seqüência binária
normal, podem ser necessárias (no pior caso) 2n
contagens antes da conversão ser completada!
Conversor A/D Tipo Rampa
Ve
Conversor A/D Por Aproximação Sucessiva
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 > Vr este dígito é
deixado em 1; se Vr < Ve este dígito é zerado
4) O bit mais significativo seguinte é
colocando em 1
5) O processo continua voltando ao passo 2
até o último bit ser verificado
Conversor A/D Por Aproximação Sucessiva
A vantagem deste conversor está na velocidade de
conversão, sendo necessário, para um sistema de N bits,
o tempo de N períodos de clock!
Aplicação de Conversor A/D – Voltímetro Digital
Ve
Conversor
A/D
Decodificador
BCD/7 Seg
Decodificador
BCD/7 Seg
7
7