Captulo 2: Conversor Digital-Analgico e Analgico-Digital

Captulo 4: Conversor Digital-Analgico e Analgico-Digital

1. Introduo

Uma grandeza digital ter sempre um entre dois valores. Tais valores so especificados como 0 ou 1, ALTO ou BAIXO. Na prtica, uma grandeza digital pode ser representada, por exemplo, por uma tenso, que dever situar-se dentro de limites especificados, de maneira a representar corretamente tal grandeza. Por exemplo, para a lgica TTL, sabemos quede 0 V a 0,8 V temos a representao do valor lgico 0

de 2 V a 5 V temos a representao do valor lgico 1

Por outro lado, uma grandeza analgica pode assumir qualquer valor dentro de um intervalo contnuo de valores, e, mais importante, o seu valor exato neste intervalo significante. Assim, se a sada de um conversor de temperatura para tenso apresenta um valor de 2,76V, tal valor deve ser tomado exatamente como foi obtido, pois deve representar uma temperatura de, por exemplo, 27,6oC. Se a tenso medida fosse de 2,34V ou de 3,78V, ela estaria representando uma temperatura completamente diversa. A maioria das grandezas fsicas analgica em sua natureza, e podem assumir qualquer valor dentro de um espectro contnuo de valores. Como exemplo, podemos citar a temperatura, a presso, a velocidade de rotao etc.

Os sistemas digitais realizam todas as suas operaes internas, usando circuitos e grandezas digitais. Qualquer informao que tenha de entrar em um sistema digital precisa, primeiro, ser digitalizada. Do mesmo modo, as sadas de um sistema digital esto sempre representadas na forma digital. Quando um sistema digital, como um computador, precisar ser utilizado para monitorar e/ou controlar um processo fsico, precisaremos resolver o problema da compatibilizao das caractersticas digitais de um computador com as caractersticas analgicas das variveis envolvidas no processo fsico. A Figura 1 ilustra esta situao.

Figura 1- Conversores A/D e D/A so usados para estabelecer uma interface entre um computador e o mundo analgico.

1. Transdutor. Em geral, a varivel fsica uma grandeza no-eltrica. O transdutor um dispositivo que converte uma varivel fsica em varivel eltrica. Alguns dos transdutores mais conhecidos so os termistores, os fotodiodos, os transdutores de presso e os tacmetros. A sada de um transdutor uma corrente ou uma tenso proporcional ao valor da varivel fsica que est sendo monitorada. Por exemplo, a varivel fsica pode ser a temperatura da gua de um tanque que est sendo alimentado por duas fontes de gua, uma fria e outra quente. Vamos imaginar que a temperatura da gua varie de 80oF a 150oF, e que um termistor converta a temperatura da gua para tenses na faixa de 800 a 1500mV. Note que a sada do transdutor diretamente proporcional temperatura, de forma que cada 1oF produza uma sada de 10mV. 2. Conversor Analgico-Digital (A/D). A sada analgica do transdutor colocada na entrada do conversor A/D que converte a entrada analgica numa sada digital. Esta sada digital um nmero binrio que representa o valor da entrada analgica. Por exemplo, o conversor A/D poderia converter os valores entre 800 e 1500mV da sada do transdutor em valores binrios na faixa de 010100002 (80) a 100101102 (150). Note que o valor da sada binria do conversor A/D proporcional ao valor da sua tenso de entrada.

3.3. Computador Digital. A representao digital da varivel do processo fsico transmitida do conversor A/D para o computador digital, que armazena o valor desta varivel para processamento, de acordo com as instrues do programa que estiver sendo executado.

4.4. Conversor Digital-Analgico (D/A). A sada digital gerada pelo computador enviada ao conversor D/A, que converte para seu valor analgico de tenso ou corrente correspondente. Por exemplo, o computador pode produzir uma sada digital na faixa de 000000002 a 111111112, que o conversor D/A converte para uma tenso na faixa de 0 a 10V.5- 5. Acionador. O sinal analgico proveniente da sada do conversor D/A muitas vezes conectado entrada de um dispositivo que serve como acionador para controlar a varivel fsica. No exemplo do tanque d'gua, o acionador poderia ser uma vlvula eletricamente controlada, que regulasse o fluxo de gua quente para dentro do tanque, de acordo com a tenso analgica existente na sada do conversor D/A. O fluxo poderia variar proporcionalmente com esta tenso, com 0V interrompendo o fluxo, e com 10V produzindo o fluxo mximo.

Pelo exposto, fica claro que tanto os conversores A/D quanto os conversores D/A funcionam como interfaces em um sistema totalmente digital, como um computador, e o mundo analgico. Esta funo vem ficando cada vez mais importante medida que os microprocessadores, cada vez mais baratos, so amplamente utilizados em reas onde antes no se justificava o uso do computador em razo do alto custo.

2. Converso Digital/Analgica (D/A)

A converso D/A o processo onde um valor representado em determinado cdigo binrio (como o binrio puro ou o BCD) convertido para um valor de tenso ou de corrente proporcional ao valor digital. A Figura 2(a) mostra o smbolo para um conversor D/A de 4 bits.

As entradas digitais D, C, B e A so, via de regra, provenientes de um registrador de sada de um sistema digital. Os 24 = 16 nmeros binrios diferentes representados por estes quatro bits esto listados na tabela da Figura 2(b). Para cada nmero na entrada, o conversor D/A associa um nico valor de tenso de sada. Realmente a tenso analgica de sada VOUT equivale em volts ao nmero binrio de entrada. A mesma idia poderia ser aplicada no caso de termos uma corrente IOUT na sada do conversor D/A.

Em geral,

sada analgica = K x entrada digitalonde K o fator de proporcionalidade, que um valor constante para um dado conversor D/A. A sada pode ser tanto uma tenso quanto uma corrente. Quando a sada for uma tenso, K ser uma unidade de tenso, e quando a sada for uma corrente, K ser uma unidade de corrente. Para o conversor D/A da Figura 2, K = 1V, de modo que VOUT = (1 V) x entrada digital

Podemos usar esta relao para calcular VOUT para qualquer valor da entrada digital. Por exemplo, com uma entrada digital de 110022 = 1210, obteremos VOUT = 1 V x 12 = 12 V

EMBED Figura do Microsoft Word Figura 2 Um conversor D/A de quatro bits, com sada de tenso.Exemplo 1: Um conversor D/A de cinco bits tem sada de corrente. Para uma entrada digital de 101002, produzida uma corrente de sada de 10 mA. Qual ser a corrente IOUT para uma entrada digital de 111012?

A entrada digital de 101002 igual ao decimal 20. Uma vez que IOUT = 10 mA, o fator de proporcionalidade de 0,5mA. Ento, IOUT para qualquer entrada digital, tal como 111012 = 2910 da seguinte forma: IOUT = (0,5 mA) x 29 = 14,5 mA

Exemplo 2: Qual o maior valor da tenso de sada de um conversor D/A de oito bits, que produz 1,0 V na sada, para uma entrada de 001100102?

001100102 = 5010 1,0V = K x 50 K =20 mV

A maior sada ocorrer para uma entrada de 111111112 = 25510VOUT(mx.)= 20 mV x 255 = 5,10V

Sada Analgica. Tecnicamente, a sada de um conversor D/A no considerada uma grandeza analgica pelo fato de ela poder assumir somente valores especficos de tenso ou corrente, como os 16 possveis nveis de tenso para VOUT ilustrados na Figura 2. No entanto, como veremos adiante, poderemos aumentar o nmero de valores diferentes para representar as sadas, diminuindo, assim, a diferena entre dois valores de sada sucessivos, com o consequente aumento do nmero de bits para representar a entrada. Com efeito, isto vai produzir uma sada cada vez mais parecida com uma quantidade analgica, cuja principal caracterstica sua variao sobre um espectro de valores.

Entradas Ponderadas. Para o conversor D/A da Figura 2, deve ser observado que cada entrada digital contribui com uma quantidade diferente para a formao da sada analgica. Isto pode ser visto facilmente, analisando os casos onde apenas um dos sinais de entrada est no nvel ALTO:

As contribuies de cada entrada digital so ponderadas, ou seja, tm um peso, de acordo com sua posio no nmero binrio de entrada. Ento, sendo A o bit menos significativo, o seu peso de 1V, B tem um peso de 2V, C de 4V, e o bit mais significativo, D, tem peso de 8V. Os pesos dobram para cada bit sucessivo, comeando com o menos significativo, cujo peso 1. Ento, podemos considerar a sada VOUT como sendo a soma ponderada das entradas digitais do conversor. Por exemplo, para encontrar VOUT relativa entrada 01112 faremos 4V+2V+1V = 7V.

DCBAVOUT (V)

00011

00102

01004

10008

Exemplo 3: Um conversor D/A de cinco bits produz VOUT = 0,2V para uma entrada digital de 000012. Encontre o valor de VOUT para a entrada 111112.

0,2V o peso do bit menos significativo. Ento, os pesos dos outros bits devem ser de 0,4V, 0,8V, 1,6V e 3,2V, respectivamente. Desta forma, para uma entrada digital de 111112, o valor de VOUT ser de 3,2V + 1,6V + 0,8V + 0,4 + 0,2 = 6,2V.

Resoluo (Tamanho do Degrau). Definimos a resoluo de um conversor D/A como sendo a menor modificao que pode ocorrer em sua sada analgica, resultante de uma alterao na entrada digital. Referindo-nos tabela da Figura 2, podemos observar que a resoluo do conversor D/A l representado de 1V. A resoluo sempre igual ao peso do dgito menos significativo da entrada, sendo muitas vezes denominada tamanho de degrau, por ser a quantidade que VOUT vai mudar quando a entrada digital mudar de um degrau para outro. Isto est mais bem ilustrado na Figura 3. Como o contador volta a zero a cada 16 contagens, a sada do conversor D/A uma forma de onda em escada que sobe 1V por degrau. Quando o contador est em 1111, a sada do conversor D/A estar em seu valor mximo de 15V correspondendo ao valor de fim de escala. Quando o contador voltar a 0000, a sada do conversor D/A retorna a 0V.

Observe que a escada tem 16 nveis, correspondendo a cada uma das possveis entradas, havendo somente 15 degraus, entre o nvel de 0 e o de 15V. Em geral, para um conversor D/A de N bits, o nmero de nveis diferentes ser de 2N, e o nmero de degraus ser de 2N - 1.

Figura 3- Forma de onda na sada de um conversor D/A.

Pode-se tambm imaginar que a resoluo idntica ao fator de proporcionalidade existente na relao da entrada com a sada de um conversor D/A, ou seja,sada analgica = K x entrada digitalExemplo 4: Qual a resoluo do conversor D/A do exemplo 2? Descreva o sinal em escada presente na sada deste conversor D/A.

O bit menos significativo do conversor tem um peso de 0,2V. Esta a resoluo ou tamanho do degrau. Uma forma de onda em escada pode ser gerada pela conexo de um contador de cinco bits entrada do conversor D/A. A escada ter 32 nveis de 0 a 6,2V, e 31 degraus, de 0,2V cada um.

Exemplo 5: Para o conversor D/A do exemplo2, determine VOUT para a entrada de 100012.

O tamanho do degrau de 0,2V, que vem a ser o fator de proporcionalidade K. A entrada digital de 100012 corresponde a 1710. Ento VOUT = (0,2V) x 17 = 3,4 V.

Resoluo Percentual. Apesar da resoluo poder ser expressa como uma quantidade de tenso ou corrente por degrau, comum express-la como uma percentagem do valor mximo possvel para a sada ou valor de fim de escala. Para ilustrar isto, consideremos o conversor D/A da Figura 3, com uma tenso de fim de escala igual a 15V, obtida quando a entrada digital for de 11112. O tamanho do degrau de 1V, o que d uma resoluo percentual de

A resoluo percentual tambm pode ser calculada a partir da relao seguinte

Isto significa que somente o nmero de bits que determina a resoluo percentual. Aumentando o nmero de bits na entrada, h um aumento do nmero de degraus para atingir o valor mximo de tenso, de modo que cada degrau uma parte menor da tenso mxima.

O que Significa Resoluo? Um conversor D/A no pode produzir um espectro contnuo de valores de sada, e assim, sua sada no verdadeiramente analgica. A resoluo do conversor D/A (nmero de bits) determina quantos valores de tenso so possveis na sada. Se um conversor D/A de seis bits for usado, existiro 63 degraus de 0,159V cada um, entre 0 e 10V. Se usarmos um conversor D/A de oito bits, existiro 255 degraus de 0,039V entre 0 e 10V. Quanto maior o nmero de bits, mais fina ser a resoluo (menor o tamanho do degrau).Exemplo 5: A figura abaixo mostra um computador controlando a velocidade de um motor. Uma corrente analgica entre 0 e 2mA amplificada para produzir velocidades de 0 a 1000rpm (rotaes por minuto). Quantos bits devem ser usados se o computador deve ser capaz de produzir velocidades que variem de no mximo 2 rpm?

Cada degrau da sada do conversor D/A vai produzir uma mudana na velocidade do motor. Desejamos que cada mudana seja de, no mximo, 2rpm. Ento precisamos de, no mnimo, 500 degraus (100012). Precisamos determinar quantos bits so necessrios para gerar um mnimo de 500 degraus de 0 at a velocidade mxima requerida. Sabemos que o nmero de degraus dado por 2N -1, e desta forma podemos afirmar que 2N -1500 ou que 2N 500.Uma vez que 28 = 256 e que 29 = 512, o menor nmero de bits que ir produzir um mnimo de 500 degraus igual a nove. Poderamos usar mais de nove bits. Porm, isso aumentaria o custo do conversor.

Exemplo 6: Usando nove bits, o quo perto de 326rpm poderemos levar a velocidade do motor do exemplo anterior?

Com nove bits, existiro 29-1 = 511 degraus. Ento a velocidade do motor pode chegar a 1000rpm, em intervalos de 1000/511 = 1,957rpm. O nmero de degraus necessrios a chegar a 326rpm 326/1,957 = 166,58. Tal valor no um nmero inteiro de degraus e, desta forma, deve ser arredondado para 167. A velocidade real do motor no degrau de nmero 167 ser de 167x1,957 = 326,8 rpm. Ento, o computador precisa gerar uma sada de nove bits, equivalente a 16710, para produzir a velocidade desejada do motor.

3. Circuitos para Converso Digital/Analgica (D/A)

A Figura 4(a) mostra o circuito bsico de um tipo de conversor D/A de quatro bits. As entradas A, B, C e D so entradas binrias cujos valores so ou 0V ou 5V. O amplificador operacional empregado como um amplificador somador, produzindo em sua sada uma soma ponderada (considerando os pesos) das tenses de entrada. preciso lembrar que o amplificador operacional multiplica cada tenso de entrada pela razo do valor do resistor de realimentao RF pelo valor do resistor de entrada RIN correspondente a cada entrada. Neste circuito RF = 1k e os resistores de entrada variam de 1k a 8k. A entrada D tem RIN = 1k, e assim sendo o amplificador operacional recebe a tenso em D sem nenhuma atenuao. A entrada C tem RIN=2k, de forma que o amplificador recebe uma tenso atenuada pela razo 1/2. Do mesmo modo a atenuao sofrida pela tenso presente na entrada D ser de 1/4, em funo de seu resistor de entrada ser de 4k. Finalmente, pelos mesmos motivos, a razo de atenuao sofrida pela tenso na entrada A de 1/8. A tenso na sada do amplificador pode ser expressa como

A sada do amplificador uma tenso analgica que representa a soma ponderada das entradas digitais, conforme mostrado na tabela da Figura 4(b). A sada avaliada para cada uma das possveis situaes da entrada, colocando uma tenso de 0V (nvel lgico 0) ou de 5V (nvel lgico 1) em A, B, C e D, conforme o caso. Por exemplo, se a entrada digital for 10102, ento VD= VB = 5 V e VC = VA = 0V. Desta forma teremos:VOUT = - (5V+ 0V + 1/4 x 5V + 0V) = -6,25V

A resoluo deste conversor igual ao peso atribudo ao bit menos significativo da entrada, ou seja 1/8 x 5V = 0,625V. Conforme pode ser observado na tabela, a sada analgica cresce de 0,625V, toda vez que a entrada binria avana de uma unidade.

Figura 4- Um conversor D/A simples, utilizando amplificador operacional somador, com resistores para representar os pesos de cada um dos bits da entrada. Exemplo 7- (a) Determine o peso de cada um dos bits da entrada do conversor D/A da Figura 4(a). (b) Mude RF para 250, e determine o valor mximo da tenso de sada.

(a) O bit mais significativo passa com ganho igual a 1, e seu peso na sada de 5 V. Teremos, portanto

Bit mais significativo = 5 V

2o bit mais significativo = 2,5 V

3o bit mais significativo = 1,25 V

4o bit mais significativo = bit menos significativo = 0,625 V

(b) Se o valor de RF for dividido por 4, passando a valer 250, o peso de cada uma das entradas passar a ser quatro vezes menor do que os valores acima. Ento, o valor mximo da tenso de sada ser igual a -9,375/4 = -2,344 V.

Preciso da Converso. A tabela da Figura 4(b) mostra os valores ideais de VOUT para cada uma das possveis situaes de entrada. O quo perto de tais valores o circuito que gera a sada do conversor vai conseguir chegar depende apenas de dois fatores: (1) a preciso dos valores associados aos resistores de entrada e ao resistor de realimentao, e (2) a preciso dos nveis das tenses aplicados s entradas. Os resistores podem assumir valores bastante exatos. No caso dos valores de tenso presentes nas entradas digitais, devemos observar que no podemos tom-los diretamente das sadas de flip-flops ou de portas lgicas, pois os nveis de tais sadas no so exatamente iguais a 0V e a 5V, podendo variar dentro dos valores especificados para sadas TTL, CMOS etc. Por isso, torna-se necessrio adicionar um circuito entre cada entrada digital e seu resistor de entrada.Conversor D/A com Sada de Corrente. A Figura 5(a) mostra um esquema para gerao de uma sada de corrente, cujo valor proporcional entrada binria, para um conversor D/A de quatro bits, com valores dos resistores de entrada que so potncias inteiras da base 2. O circuito usa quatro caminhos de corrente paralelos, cada um controlado por uma chave eletrnica. O estado de cada chave controlado pelo nvel lgico da entrada binria correspondente. A corrente em cada caminho determinada por uma tenso de referncia, VREF, muito precisa, e por um resistor de preciso situado no caminho da corrente. Os valores dos resistores so potncias inteiras da base 2, a partir de R, correspondendo ao bit mais significativo. O valor da corrente em cada caminho ser dividido pela potncia de 2 correspondente ao resistor deste caminho, sendo que a corrente total na entrada do amplificador, IOUT ser a soma das correntes individuais. O caminho do bit mais significativo tem o resistor de menor valor, R; o prximo caminho tem um resistor de 2R, e assim por diante. Podemos fazer IOUT fluir por um resistor de carga RL, muito menor do que R, sem nenhuma influncia no valor da corrente.

De modo a manter, IOUT dentro de uma certa margem de preciso, RL precisa ter um curto para a terra. Uma forma usual de se conseguir isto, usar um amplificador operacional como um conversor corrente-tenso, conforme mostrado na Figura 8(b). A sada IOUT do conversor D/A conectada entrada negativa do amplificador operacional, que est ligada logicamente terra. A realimentao negativa do operacional fora que uma corrente igual a IOUT passe a fluir por RF para produzir uma tenso VOUT = - IOUT x RF. Ento VOUT ser uma tenso analgica proporcional entrada binria do conversor D/A.

Figura 5- (a) Conversor digital-analgico com sada de corrente, (b) conexo a um amplificador operacional que converte corrente em tenso.

Conversores R/2R. Os circuitos de converso D/A vistos at o momento utilizam resistores com valores de potncias inteiras da base 2, para produzirem o peso correspondente a cada um dos bits do sinal digital. Tal mtodo funciona perfeitamente na teoria, tendo, no entanto, algumas limitaes de ordem prtica. O maior problema a grande diferena entre os valores dos resistores correspondentes aos bits mais e menos significativos do sinal digital, sobretudo nos conversores de alta resoluo (que convertem sinais digitais compostos de muitos bits). Por exemplo, se o resistor correspondente ao bit mais significativo de um conversor de 12 bits valer 1k, o do bit menos significativo dever valer 2M.

Um dos circuitos para converso D/A mais usado aquele que emprega o princpio da rede R/2R, onde os valores das resistncias restringem-se a valores na faixa de 2 para 1. O esquema de um de tais conversores mostrado na Figura 6.

Observe a forma como os resistores esto arranjados, e principalmente note que so usados apenas dois valores diferentes de resistncias, R e 2R. A corrente IOUT depende da posio das quatro chaves, e as entradas binrias B3B2B1B0 controlam os estados das chaves. A corrente IOUT flui atravs de um amplificador operacional, que converte corrente em tenso, produzindo VOUT. O valor de VOUT dado pela expresso

onde B o valor da entrada binria, que pode variar entre 0000 (0) e 1111(15).

Figura 6- Conversor D/A R/2R bsico.

4. Especificaes dos Conversores Digital/Analgica (D/A)Resoluo. A resoluo percentual de um conversor D/A s depende do nmero de bits na entrada de tal conversor. Por isso, os fabricantes preferem especificar a resoluo de seus produtos atravs de nmero mximo de bits presentes na entrada. Um conversor D/A de 10 bits tem uma resoluo melhor do que um de oito bits.Preciso. Os fabricantes de conversores A/D expressam a preciso de seus produtos de diversas maneiras. As duas formas mais comuns so atravs do erro de fundo de escala e do erro de linearidade, expressos como uma percentagem do valor de fim de escala do conversor.

O erro de fundo de escala (FE) definido como o desvio mximo da sada do conversor em relao a seu valor ideal, expresso como percentagem do valor de fim de escala. Por exemplo, assuma que o conversor D/A da Figura 4 tem uma preciso de + 0,01% FE. Como tal conversor D/A tem uma tenso de fim de escala de 9,375V, esta percentagem pode ser convertida para o seguinte valor de tenso: 0 01% x 9,375 V = +0 9375 mV

O erro de linearidade o desvio mximo admitido para o tamanho ideal do degrau do conversor. Por exemplo, o conversor D/A da Figura 4 tem um degrau ideal de 0,625V. Se tal conversor apresentar um erro de linearidade correspondente a + 0,01% FE, significa dizer que o tamanho real do seu degrau est entre 0,625 V + 0,9375 mV e 0,625V -0,9375mV.

importante entender que preciso e resoluo de um conversor D/A devem ser compatveis. No seria lgico ter uma resoluo de, digamos, 1% e uma preciso de 0,1% ou vice-versa. Para ilustrar, considere um conversor D/A com uma resoluo de 1% e um valor de fim de escala de 10V. Tal conversor pode produzir uma sada analgica com um desvio mximo de 0,1V. No faz nenhum sentido ter uma altssima preciso de 0,01% FE, ou 1mV, se a prpria resoluo limita a exatido do resultado a valores que diferem de 0,1V do valor ideal. Podemos aplicar o mesmo raciocnio para o caso de se ter uma resoluo muito pequena (mais bits) e uma preciso pobre, para concluir que estaremos desperdiando bits na entrada.

Exemplo 7- Um certo conversor D/A de oito bits tem um valor de tenso de fim de escala de 2mA e um erro de fundo de escala de +0,5% FE. Qual a faixa de possveis valores de sada para uma entrada de 100000002?

O tamanho do degrau de 2mA/255 = 7,84A. Uma vez que 100000002 = 12810, a sada ideal seria de 128 x 7,84A = 1004A. O erro na sada pode ser de no mximo0,5% X 2mA = 10A

Ento, o valor real da sada pode desviar-se de 10A em relao sada ideal, de forma que os valores reais de sada do conversor estaro entre 994 e 1.014A.

Tempo de Estabilizao. Em geral, a velocidade de operao de um conversor D/A expressa por seu tempo de estabilizao, que vem a ser o tempo gasto pela sada do conversor para ir de zero ao seu valor de final de escala, enquanto todos os valores de entrada mudam de 0 para 1. Na prtica, o tempo de estabilizao medido como o tempo gasto para a sada do conversor estabilizar-se dentro da faixa de 1/2 do tamanho do degrau (resoluo) de seu valor de final de escala. Por exemplo, se a resoluo do conversor D/A for de 10 mV, o tempo de estabilizao medido como o tempo gasto para a sada estabilizar-se dentro da faixa de 5 mV, em torno de seu valor de final de escala. Valores tpicos para o tempo de estabilizao, situam-se na faixa de 50 ns a 10s. Geralmente, os conversores D/A com sadas de corrente tm tempos de estabilizao menores do que os com sadas de tenso. 5. Pesquisa de Falhas em Conversores Digital/Analgica (D/A)

Existem basicamente duas maneiras de testar a operao de um conversor D/A: o teste de preciso esttica e o teste da escada. O teste esttico envolve a colocao das entradas digitais em um valor fixo e a medida da sada analgica com um multmetro preciso. Este teste usado para verificar se a sada analgica est dentro da faixa de valores especificada atravs da preciso do conversor D/A. Se no estiver, existem vrias causas possveis. Seguem-se algumas delas:

Flutuao nos valores dos componentes do conversor (por exemplo, nos valores dos resistores) devido variaes de temperatura, envelhecimento do componente etc.

Conexes abertas ou curtos em qualquer uma das entradas digitais. Isto pode fazer com que o peso de uma entrada jamais seja considerado na formao da sada analgica, ou que seu peso seja sempre considerado, independente do valor da entrada.

Falha na tenso de referncia. Como a sada analgica depende da tenso de referncia VREF, uma falha no fornecimento desta tenso pode produzir resultados fora das especificaes.

Erro de compensao alto, causado pelo envelhecimento de componentes ou por variao da temperatura, fazendo com que as sadas do conversor sejam afetadas por um valor fixo.

O teste da escada usado para verificar a monotonicidade do conversor D/A, isto , para verificar se a sada cresce passo a passo com o incremento da entrada binria, conforme ilustrado na Figura 3. Os degraus da escada devem ser todos do mesmo tamanho, no podendo haver salto de nenhum degrau, nem nenhum degrau descendente at a tenso de final de escala ser alcanada. Este teste pode ajudar a detectar falhas internas ou externas que levem uma entrada a no contribuir nunca ou a contribuir sempre na formao da sada analgica. O seguinte exemplo vai ilustrar a aplicao do teste da escada a um conversor D/A.

Exemplo 12: Como seria a forma de onda na sada do conversor D/A da Figura 3 se a entrada C estivesse aberta? Assuma que as entradas do conversor so TTL.

Uma conexo aberta em C ser interpretada pela lgica TTL do conversor, como um valor lgico 1 constante em tal entrada. Ento, a entrada C contribuir sempre com 4 V para a formao da sada analgica do conversor, fazendo com que a forma de onda na sada tenha o aspecto mostrado na figura acima.

6. Converso Analgica/Digital (A/D)

Um conversor analgico-digital recebe uma entrada analgica e, aps certo intervalo de tempo, transforma-a numa sada digital correspondente entrada analgica. O processo de converso A/D mais complicado e mais demorado do que o processo de converso D/A, havendo uma grande variedade de mtodos para realizar tal converso.

Vrios tipos de conversores A/D usam conversores D/A como parte de seus circuitos. A Figura 7 mostra o diagrama em blocos destes conversores. A temporizao da operao do circuito feita por um sinal de clock. A unidade de controle contm os circuitos lgicos para gerao da sequncia apropriada de operaes em resposta ao COMANDO DE INICIO, que comea o processo de converso. O amplificador operacional, usado como comparador, tem duas entradas analgicas e uma sada digital que muda de estado, dependendo de qual das entradas analgicas maior.

Figura 7- Diagrama geral de uma classe de conversores A/D.

A operao bsica dos conversores A/D deste tipo a seguinte:

1- Um PULSO DE INCIO inicia a operao.

2- A unidade de controle modifica continuamente o nmero binrio armazenado no registrador, numa cadncia ditada pelo clock.

3- O nmero binrio armazenado no registrador convertido para um valor analgico VAX, pelo conversor D/A.

4- O comparador compara VAX com a entrada analgica VA. Enquanto VAX for menor do que VA, a sada do comparador permanece no nvel lgico ALTO. Quando VAX exceder VA de um valor mnimo VT (tenso limite), a sada do comparador vai para o nvel lgico BAIXO, interrompendo o processo de modificao do contedo do registrador. Neste ponto, VAX muito prxima de VA. O valor digital armazenado no registrador, que o valor digital equivalente a VAX, tambm equivalente a VA, respeitados os nveis de preciso e resoluo.

5- A lgica de controle ativa o sinal EOC, de trmino do processo de converso.

7. Converso A/D em Rampa

Uma das verses mais simples do conversor genrico da Figura 7 usa um contador binrio como registrador, e permite que o clock incremente o contador um passo de cada vez, at que VAX VA. Tal processo denominado converso A/D em rampa, porque a forma da onda de VAX assemelha-se a uma rampa (na verdade como uma escada), como a mostrada na Figura 3.

A Figura 8 o diagrama de um conversor A/D em rampa. A sada do comparador serve como sinal de trmino da converso, sinal este ativo-BAIXO. EOC (end of conversion)

Figura 8- Conversor A/D em rampa.

Se assumirmos que VA, o sinal analgico a ser convertido, positivo, a operao processa-se como descrito a seguir:

1- Um pulso de INCIO aplicado para resetar o contador. O nvel ALTO do pulso de INCIO serve para inibir a passagem dos pulsos de clock pela porta AND, em direo ao contador.

2- Com todas as suas entradas em zero, a sada do conversor D/A ser VAX = 0V.

3- Sendo VA > VAX, a sada EOC do comparador ir para o nvel lgico ALTO.

4- Quando INCIO volta ao nvel lgico BAIXO, a porta AND habilitada, e os pulsos de clock entram no contador.

5- A medida que o contador avana, a sada do conversor D/A, VAX, cresce um passo a cada instante, conforme mostrado na Figura 8(b).

6- Este processo continua at que VAX chegue a um valor que ultrapasse VA por uma quantidade maior ou igual a VT (da ordem de 10 a 100V). Neste ponto, EOC vai para o nvel lgico BAIXO e inibe o fluxo de pulsos para o contador, que pra, ento, a sua contagem.

7- O processo de converso est agora completo, sinalizado pela transio de ALTO para BAIXO do sinal EOC, e o contedo do contador a representao digital de VA.8- O contador segura o valor digital nele armazenado, at que o prximo pulso de INCIO inicie uma nova converso.

Exemplo 13: Assuma os seguintes valores para o conversor A/D da Figura 12: freqncia do clock = 1MHz; VT = 0,1 mV; valor de final de escala do conversor D/A = 10,23 V e entrada do conversor D/A de 10 bits. Determine os seguintes valores:

(a) O valor digital obtido para a entrada VA = 3,728V.

(b) O tempo gasto na converso.

(c) a resoluo do conversor.

(a) O conversor D/A tem uma entrada de 10 bits e um valor de final de escala de 10,23V. Ento, o nmero total de possveis degraus de 210-1 = 1023, sendo, portanto, o tamanho do degrau de 10,23V/1023 = 10mV. Isto significa que VAX cresce em degraus de 10mV, a cada contagem do contador, a partir de zero. Uma vez que VA=3,728V e que VT=0,1mV, VAX deve alcanar 3,7281V ou mais, antes que a sada digital do comparador v para o nvel lgico BAIXO. Isto ocorre em 3,7281V/10mV = 372,81 = 373 passos. No final da converso, o contador vai guardar o valor binrio equivalente a 373, ou seja, 01011101012. Este o valor binrio correspondente a VA = 3,728 V, produzido pelo conversor A/D

(b) So necessrios 373 passos para completar a converso. Ento ocorrero 373 pulsos de clock, at o final do processo, sendo um pulso a cada s. Desta forma, o tempo de converso de 373s.

(c) A resoluo deste conversor igual ao tamanho do degrau do conversor D/A, ou seja, 10mV. Percentualmente a resoluo pode ser expressa como 1/1023x100%=0,1%.

Preciso e Resoluo na Converso A/D. A resoluo do conversor A/D igual resoluo do seu conversor D/A. A tenso de sada do conversor D/A tem a forma de uma escada (rampa) que cresce em degraus discretos at exceder VA. Ento, VAX uma aproximao do valor de VA, e o melhor que podemos esperar que VAX esteja na faixa de VA mais ou menos 10mV, se a resoluo (tamanho do degrau) for de 10mV. Podemos pensar na resoluo como sendo um erro inerente ao prprio processo. Tal erro, que pode ser reduzido com o aumento do nmero de bits do contador e do conversor D/A, muitas vezes especificado como devido ao peso do bit menos significativo do conversor, fazendo com que o resultado da converso difira do resultado ideal por, no mximo, o valor de tal peso.

Da mesma forma que na converso D/A, a preciso na converso A/D, no est relacionada com a resoluo, dependendo, porm, da preciso dos circuitos que compem o conversor, tais como o comparador, os resistores do conversor D/A, das tenses de referncia, entre outros.

Exemplo 14- Um certo conversor A/D de oito bits admite uma entrada de, no mximo, 2,55V (VA= 2,55V produz uma sada digital igual a 11111111). O erro especificado para o conversor de 0,1% FE. Determine o valor mximo que a sada VAX pode diferir da entrada analgica.

O tamanho do degrau de 2,55V/(28- 1) que d exatamente 10mV. Isto significa que mesmo que o conversor D/A no tenha qualquer impreciso, a sada VAX pode estar errada em no mximo 10mV, pois VAX s pode ser alterada de 10 em 10mV. O erro especificado, de 0,1% FE, equivale a 0,1% x 2,55V=2,55mV. Isto significa que o valor de VAX pode estar errado em at 2,55mV devido a imprecises nos componentes. Ento, o erro total na converso pode ser de, no mximo, 10mV+2,55mV = 12,55 mV.

Por exemplo, suponha uma entrada analgica de 1,268V. Se a sada do conversor D/A for perfeitamente precisa, a escada deve parar no 1270 degrau (1,27V). Mas suponhamos que VAX estava errada em -2 mV, valendo, portanto, 1,268V no 1270 degrau. Tal valor poderia no ser suficiente para encerrar o processo de converso, fazendo-o parar somente no 128o degrau. Desta forma, a sada digital seria 100000002 = 12810 para a entrada analgica de 1,268V, com erro de 12 mV.

Tempo de Converso tC. O tempo para converso da entrada analgica na sada digital o intervalo de tempo decorrido entre o final do pulso de INCIO e a ativao de EOC. O contador comea sua contagem de zero, indo at VAX exceder VA, quando EOC assume o nvel lgico BAIXO, encerrando o processo de converso. Deve ficar claro que o tempo de converso tC depende fundamentalmente de VA, pois quanto maior for este valor, mais degraus sero necessrios antes que a tenso da escada exceda VA, provocando o encerramento do processo.

O tempo mximo gasto na converso vai ocorrer quando VA estiver ligeiramente abaixo do valor da tenso de final de escala, imediatamente antes de VAX ir para o ltimo degrau, quando EOC dever ser ativado. Para um conversor de N bits, este valor ser dado pela expressotC(mx) = (2N 1) perodos do clock

Algumas vezes, fala-se no tempo de converso mdio. Para o conversor em rampa temostC(avg) = tC (mx)/2

A maior desvantagem do mtodo de converso em rampa o fato do tempo de converso dobrar para cada bit adicionado ao contador, fazendo com que a melhora da resoluo s possa ser conseguida s custas de um tC mais longo. Tal fato torna este tipo de conversor A/D imprprio para aplicaes que requerem repetidas converses de um sinal analgico que alterado com frequncia. Para aplicaes onde o sinal analgico varia lentamente, a simplicidade conceitual deste conversor torna-se uma grande vantagem em relao aos demais.

Exemplo 15: O que acontecer com a operao de um conversor A/D em rampa, quando a entrada analgica for maior do que o valor de final de escala?

A sada digital do comparador nunca passa para o nvel lgico BAIXO, uma vez que a tenso da escada no excede VA em nenhuma hiptese. Os pulsos de clock continuaro a ser aplicados ao contador, de forma que ele vai contar indefinidamente, do zero ao valor mximo, at que VA assuma um valor menor do que o valor de final de escala.

8. Aquisio de Dados

Existe um grande de aplicaes onde um dado analgico deve ser digitalizado e transferido para a memria de um computador. O processo atravs do qual o computador obtm um dado analgico digitalizado chamado de aquisio de dados. Determinadas aplicaes, como a gravao digital de sinais de udio, ou o armazenamento de sinais digitais por um osciloscpio, necessitam que o processador armazene o dado, e depois o entregue a um conversor D/A para que o sinal analgico original seja recomposto. Nas aplicaes de controle de processos, o processador deve examinar o dado e/ou realizar algum processamento sobre ele, a fim de determinar qual o sinal de controle a ser gerado em respostas entrada analgica.

A Figura9(a) mostra como um microcomputador pode ser conectado a um conversor A/D em rampa para implementar o processo de aquisio de dados. O microcomputador gera o sinal de INCIO que inicia uma nova converso A/D. O sinal EOC examinado periodicamente pelo microcomputador para determinar quando se encerra a converso em curso, quando ento o dado digitalizado poder ser transferido para sua memria. As formas de onda da Figura 9(b) ilustram como o computador adquire a verso digitalizada de um sinal analgico. A forma de onda em escada correspondente a VAX, gerada internamente pelo conversor, aparece sobreposta forma de onda VA com a finalidade de ilustrar o processo que tem incio no tempo t0, quando o microprocessador gera um pulso de INICIO, iniciando um novo ciclo de converso A/D. A converso termina em t1, quando a tenso da escada excede VA, e EOC assume o nvel lgico BAIXO. A transio negativa de EOC um sinal para o microprocessador, indicando que o conversor tem um sinal na sada que representa o valor de VA no ponto a, fazendo com que o microprocessador armazene este dado em sua memria.

Figura 9- (a) Um sistema tpico de aquisio de dados por um microcomputador; (b) formas de onda mostrando como o micro

computador inicia um novo processo de converso e armazena o dado digitalizado em sua memria, ao final de tal processo.

O microprocessador gera um novo pulso de INCIO imediatamente aps o instante de tempo t1 para iniciar um segundo ciclo de converso. Note que isto leva a tenso da escada de volta a zero, e o valor de EOC de volta ao nvel ALTO, uma vez que o pulso de INCIO reseta o contador do conversor A/D. A segunda converso termina em t2, quando a tenso da escada excede novamente VA. O microprocessador armazena na memria o valor de VA no ponto b. Os mesmos passos anteriormente descritos so repetidos em t3, t4, e assim por diante.

O processo atravs do qual o microprocessador gera os pulsos de INCIO, examina o sinal EOC e armazena o dado digitalizado na memria feito sob o controle do programa que est rodando no microprocessador. O programa de aquisio de dados determina a quantidade de pontos do sinal analgico que deve ser armazenada na memria.

Reconstituindo um Sinal Digitalizado. Na Figura 9(b), o conversor A/D est operando em sua velocidade mxima, uma vez que um novo pulso de INCIO gerado logo aps a aquisio do dado que acabou de ser digitalizado. Observe que o tempo de converso no constante, pois o sinal analgico na entrada est variando constantemente. O microcomputador vai armazenar os dados digitais obtidos nas vrias converses, de forma a possuir em sua memria uma verso digitalizada do sinal analgico da entrada. Por exemplo, os dados digitais correspondentes aos pontos a, b e c seriam armazenados como abaixo:

PontoTenso realDigital equivalente

A 1,7410101110

B1,4710010011

C1,2201111010

Estes dados digitais so utilizados muitas vezes para construir uma aproximao do sinal analgico original. Nos osciloscpios com memria, os valores digitais armazenados so entregues a um conversor D/A que produz tenses analgicas que vo movimentar o feixe de eltrons verticalmente enquanto que o seu movimento horizontal controlado por um sinal de tempo. O resultado que o sinal analgico reconstitudo com linhas retas ligando os diversos pontos digitalizados sucessivos. Este processo est ilustrado na Figura 10.

Figura 10- (a) digitalizao de um sinal analgico; (b) reconstituio do sinal.

Na Figura 10(a), podemos observar que o conversor A/D realiza converses sucessivas para digitalizar o sinal analgico nos pontos a, b, c, d, e assim por diante. Se tais dados forem utilizados na reconstituio do sinal analgico, o resultado ser semelhante ao mostrado na Figura 10(b). Pode-se concluir que conseguimos uma tima reproduo do sinal original. Isto se deve ao fato de o sinal no ter apresentado qualquer mudana brusca entre os pontos digitalizados. Se o sinal analgico apresentasse variaes devidas a alta frequncia, o conversor no teria sido capaz de acompanhar tais variaes, e a verso reproduzida do sinal original seria menos fiel. Por isso, importante manter o tempo de converso pequeno o suficiente para que o sinal analgico no possa variar significativamente entre duas converses sucessivas.

9. Converso A/D por Aproximaes Sucessivas

O conversor A/D que usa o mtodo das aproximaes sucessivas um dos tipos de conversor mais utilizados atualmente. Seus circuitos so mais complexos do que os do conversor em rampa, porm seu tempo de converso muito menor, o que torna seu uso bastante atrativo. Alm disso, os conversores A/D por aproximaes sucessivas tm um tempo de converso fixo, que no depende do sinal analgico presente em sua entrada. O esquema bsico deste conversor, mostrado na Figura 11(a), similar ao do conversor em rampa. No entanto o conversor A/D por aproximaes sucessivas no utiliza um contador para gerar a entrada do conversor D/A, usando, em seu lugar, um registrador comum. A lgica de controle modifica o contedo deste registrador bit a bit, at que o dado armazenado no registrador seja equivalente entrada VA, dentro da resoluo do conversor. A sequncia bsica das operaes mostrada no fluxograma da Figura 11(b). Utilizaremos este fluxograma para analisar o exemplo apresentado na Figura 12.

Figura 11- Conversor A/D por aproximaes sucessivas; (a) diagrama em bloco simplificado; (b) fluxograma da operao. MSB = Bit mais significativo; LSB = Bit menos significativo.

Neste exemplo escolhemos um conversor bem simples, de quatro bits, com um degrau de 1V. Observe que os quatro bits que saem do registrador e alimentam o conversor D/A possuem pesos de 8, 4, 2 e 1V, respectivamente, do menos significativo para o mais significativo.

Figura 12- Ilustrao de um conversor analgico digital de quatro bits, usando um conversor D/A com degrau de 1V e VA=10,4V. MSB = Bit mais significativo; LSB = Bit menos significativo.

Vamos assumir que o valor da entrada analgica de 10,4V. A operao inicia-se com a lgica de controle zerando todos os bits do registrador, fazendo Q3=Q2=Q1=Q0=0. Expressaremos este fato pela notao [Q] = 0000. Isto faz com que a sada do conversor D/A seja VA = 0V, conforme indicado no instante de tempo t0 do diagrama de tempos da Figura 12. Com VAX < VA, a sada digital do comparador assume o nvel lgico ALTO.

No passo seguinte (tempo t1), a lgica de controle faz com que o bit mais significativo do registrador passe a valer 1, fazendo com que o valor armazenado passe a ser [Q] = 1000. O valor de VAX passa a ser 8 V. Como VAX < VA a sada COMP do comparador continua em ALTO, indicando para a lgica de controle que a colocao do bit mais significativo do registrador em 1 no tornou VAX maior que VA, de modo que a lgica de controle mantm tal bit em 1.

A lgica de controle prossegue, fazendo o bit Q2 igual a 1, de maneira a tornar [Q] = 1100 e VAX = 12 V, no instante de tempo t2. Em vista de VAX assumir um valor maior do que VA, a sada COMP vai para o nvel lgico BAIXO, indicando lgica de controle que o valor de VAX tornou-se muito grande. Neste momento, t3, a lgica de controle zera Q2, levando [Q] de volta a 1000 e fazendo VAX voltar a 8 V, tornando-se novamente menor do que a entrada VA.O prximo passo ocorre em t4, quando a lgica de controle faz o bit Q1 = 1, tornando [Q] = 1010 e VAX =10V. Com VAX < VA, COMP assume o nvel lgico ALTO, informando lgica de controle que o bit Q1 deve ser mantido em 1. O passo final ocorre em t5, quando a lgica de controle faz Q0 = 1 levando [Q] a valer 1011, e, em conseqncia, VAX =11V. Com VAX > VA, a sada COMP vai para o nvel BAIXO, sinalizando que VAX muito grande, fazendo com que a lgica de controle retorne o valor de Q0 a zero em t6.

Neste ponto, todos os bits do registrador j foram processados, fazendo com que a lgica de controle ative o sinal EOC, dando por encerrado o processo de converso, e sinalizando que um valor digital equivalente a VA est armazenado no registrador. Neste exemplo, a sada digital equivalente a 10,4V foi 1010. Observe que 1010 equivale a 10V, valor menor que o da entrada analgica. Este fato caracterstico do mtodo de converso por aproximaes sucessivas.

Exemplo: Um conversor A/D por aproximaes sucessivas, tem oito bits e uma resoluo de 20mV. Qual ser a sada digital para uma entrada analgica de 2,17 V?2,17V/20mV = 108,5, de forma que o degrau 108 produz VAX = 2,16V, e o degrau 109 produz VAX = 2,18V. O conversor sempre produz um valor final de VAX que est um degrau abaixo do valor de VA. Portanto, no caso da entrada VA = 2,17V, a sada digital ser de 10810 = 011011002.

Tempo de Converso. Na operao descrita acima, a lgica de controle examina cada um dos bits do registrador, colocando-o em 1 e decidindo, posteriormente, se o mantm em 1 ou se o leva de volta a 0. O processamento de cada um dos bits demora o equivalente a um ciclo de clock, de modo que o tempo total de converso para um conversor de N bits por aproximaes sucessivas ser de N ciclos de clock. Isto ,tC (aproximaes sucessivas) = N x 1 ciclo de clockEste tempo o mesmo, independente do valor de VA. Isto ocorre, pois a lgica do controle precisa processar cada bit para verificar se um 1 necessrio ou no.

10. Conversores A/D Instantneos (FLASH)

Os conversores instantneos so aqueles que possuem a maior velocidade de converso entre todos os conversores A/D disponveis, requerendo, no entanto, circuitos muito mais elaborados que os demais. Por exemplo, um conversor A/D instantneo de seis bits precisa de 63 comparadores analgicos, enquanto um de oito bits precisa de 255 comparadores. O grande nmero de comparadores analgicos necessrios ao projeto de conversores instantneos tem limitado enormemente o tamanho de tais conversores, que esto disponveis atualmente em unidades de dois a oito bits.

O conversor da Figura 13(a) tem uma resoluo de trs bits e um degrau de 1V. O divisor de tenso extrai da tenso bsica de 10V uma tenso de referncia para cada um dos oito comparadores. A tenso de referncia VA conectada a outra entrada de cada comparador.

Com VA1V, uma ou mais das sadas dos comparadores iro para o nvel BAIXO. Todas as sadas dos comparadores so ligadas a um circuito codificador com prioridade, que gera uma sada binria correspondente sada do comparador associado entrada que estiver no nvel lgico BAIXO e possuir a numerao mais elevada. Por exemplo, quando VA estiver entre 3 e 4V, as sadas C1, C2 e C3 estaro no nvel BAIXO, estando as demais no nvel ALTO. O codificador com prioridade vai responder apenas ao nvel BAIXO presente em C3, produzindo uma sada binria CBA = 011, que representa o valor digital equivalente a VA, dentro da resoluo de 1V. Quando VA for maior do que 7V, as entradas de C1 a C7 estaro todas no nvel BAIXO, e o codificador vai produzir uma sada CBA = 111, representando a sada digital equivalente entrada analgica VA. A tabela da Figura 13(b) mostra as respostas para todos os valores possveis das entradas analgicas.

O conversor instantneo da Figura 13 tem uma resoluo de 1V, pois a entrada analgica precisa sofrer uma variao de 1V de forma a levar a sada digital para seu prximo valor. Para conseguir uma resoluo mais fina, poderemos aumentar o nmero de nveis de tenso de entrada, usando mais resistores para diviso de tenso, e, em conseqncia, aumentando o nmero de comparadores analgicos. Por exemplo, um conversor instantneo de oito bits requer 28 = 256 nveis diferentes de tenso, incluindo 0V, sendo ento necessrios 256 resistores e 255 comparadores analgicos (no h necessidade de comparador associado ao nvel de tenso 0V). As sadas dos 255 comparadores devem alimentar as entradas de um codificador com prioridade, que produz na sada um cdigo de oito bits que corresponde ao nmero do comparador de mais alta ordem, cuja sada est no nvel lgico BAIXO. Em geral, um conversor instantneo de N bits precisa de 2N-1 comparadores, 2N resistores, alm da lgica do codificador com prioridade.

Figura 13- (a) Conversor A/D instantneo de trs bits; (b) tabela-verdade.

Tempo de Converso. O conversor instantneo no usa sinal de clock, pois no h necessidade de sequenciamento de suas operaes. A converso ocorre de uma s vez. Quando muda o valor da entrada analgica, as sadas dos comparadores tambm mudam, forando a mudana na sada do codificador. O tempo de converso o tempo necessrio ao aparecimento de uma nova sada digital, em resposta a uma mudana ocorrida na entrada analgica VA, e depende nica e exclusivamente do retardo de propagao introduzido pelos comparadores e pela lgica de codificao. Por isso, os conversores instantneos tm tempos de converso extremamente pequenos. Por exemplo, o AD9002, da Analog Devices, um conversor A/D instantneo de oito bits, com tempo de converso menor do que 10ns.

11.Multiplexao

Quando houver necessidade de se converter em sinais digitais as entradas analgicas provenientes de diversas fontes, usual empregar uma tcnica de multiplexao destas entradas, de modo a possibilitar o uso de um nico conversor A/D em regime de tempo compartilhado. O princpio bsico de tal esquema mostrado na Figura 14 para um sistema de aquisio de dados composto por trs canais. As chaves S1, S2 e S3 so usadas para chavear cada um dos canais analgicos em sequncia, para a entrada do conversor A/D. O circuito de controle supervisiona a ao destas chaves, usualmente chaves semicondutoras, fazendo com que apenas uma delas possa estar fechada em determinado instante de tempo. Este circuito tambm gera o pulso de INICIO para o conversor A/D.

Um sinal de clock controla a taxa na qual os sinais analgicos so sequencialmente comutados para a entrada do conversor. A taxa mxima determinada pelo retardo de tempo introduzido pelas chaves e pelo tempo de converso do conversor A/D.

A maioria dos conversores A/D integrados j possui os circuitos responsveis pela multiplexao includos no prprio CI. O ADCC0808, por exemplo, pode multiplexar oito entradas analgicas diferentes, que usam um nico conversor A/D. Este CI utiliza um cdigo binrio de trs bits para determinar qual das entradas deve ser conectada ao conversor.

Figura 14- Converso de trs sinais analgicos por multiplexao atravs de um nico conversor.

12. Osciloscpio com Memria Digital

Este instrumento usa os dois tipos de conversor para digitalizar, armazenar e mostrar formas de onda analgicas. Um osciloscpio com memria digital tem muitas vantagens sobre o osciloscpio convencional com memria, que armazena as imagens das formas de onda como cargas eltricas em uma matriz de tela, situada entre o canho de eltrons do tubo de raios catdicos e a tela revestida de fsforo. Aqui vo algumas destas vantagens:

O osciloscpio com memria digital pode armazenar formas de onda por um tempo indefinido, pois os valores digitais correspondentes s formas de onda so armazenados em dispositivos de memria digital, como os FFs. No osciloscpio convencional com memria, a imagem vai apagando pouco a pouco, enquanto as cargas da matriz de tela vo sendo neutralizadas lentamente.

Em um osciloscpio com memria digital, a forma de onda armazenada pode sofrer algum tipo de processamento, sendo posicionada em qualquer regio da tela, podendo ter seus valores de escala verticais e horizontais alterados, para melhorar as condies de medida. Estas coisas no so possveis em um osciloscpio comum com memria.

Em um osciloscpio com memria digital, possvel armazenar e mostrar partes da forma de onda que ocorreram antes do gatilho, o que no possvel em um osciloscpio comum.

Lista de Exerccios

1- Questionrio:

(a)Qual a expresso que relaciona a sada de um conversor D/A com suas entradas?

(b)Diga o que entende por tamanho de degrau de um conversor D/A.

(c)Defina resoluo de um conversor D/A.

(d)Diga o que entende por valor de fim de escala.

(e)Defina resoluo percentual.

(f)Verdadeiro ou falso: Um conversor D/A de 10 bits tem uma resoluo menor do que a de um de 12 bits, para a mesma sada de fim de escala.(g) Verdadeiro ou falso: Um conversor D/A de 10 bits com tenso de fim de escala igual a 10V tem uma resoluo percentual menor do que um de 10 bits com sua tenso de fim de escala igual a 12V.

(h) Um conversor D/A de oito bits tem uma sada de 3,92 mA para uma entrada de 01100010. do conversor, e qual a sua tenso de fim de escala?

2-Um conversor D/A de oito bits produz uma tenso de sada de 2,0V, para uma entrada de 011001002. Qual ser o valor da sada VOUT para uma entrada de 101100112?

3-Determine o peso de cada bit da entrada do conversor D/A do Problema 2.

4-Qual a resoluo do conversor D/A do Problema 2? Expresse-a em volts e em percentagem.

5-Qual a resoluo em V de um conversor D/A de 10 bits, cuja sada de fim de escala vale 5V?

6-Quantos bits so necessrios a um conversor D/A para que sua sada de fim de escala seja igual a 10mA e sua resoluo seja igual a 40A?

7-Qual a resoluo percentual do conversor D/A da figura abaixo? Qual o tamanho de seus degraus, sendo 2V o valor de topo da rampa?VOUT = -IOUT x RF

Con

A/D

Con

D/A

Conversor D/A

Resoluo = 1V

Conversor D/A

D C B A Vout

-0,625 - LSB

-9,375 valor de final de escala

EMBED Microsoft Equation 3.0

EMBED Microsoft Equation 3.0

Conversor

D/A

Conv.

D/A

Sada

digital

Computador carrega dados na memria

incio

fim

Conv.

D/A

_2147483647.doc

Conversor

D/A

(DAC)

D MSB

C

Entradas Vout

digitais B Sada analgica

A

LSB

(a)

_2147483646.docD

C

B

A

Vout (V)

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

2

0

0

1

1

3

0

1

0

0

4

0

1

0

1

5

0

1

1

0

6

0

1

1

1

7

1

0

0

0

8

1

0

0

1

9

1

0

1

0

10

1

0

1

1

11

1

1

0

0

12

1

1

0

1

13

1

1

1

0

14

1

1

1

1

15

(b)

_2147483645.unknown

_2147483644.unknown

_2147483643.unknown

_2147483642.unknown

_2147483641.unknown

_2147483640.unknown