Conversor analógico-digital
Nota: Para a medida jurídica representada pela sigla ADC, veja Ação declaratória de constitucionalidade. | Este artigo ou secção contém uma lista de referências no fim do texto, mas as suas fontes não são claras porque não são citadas no corpo do artigo, o que compromete a confiabilidade das informações. (Maio de 2022) |
O conversor analógico-digital (frequentemente abreviado por conversor A/D ou ADC) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital a partir de uma grandeza analógica, normalmente um sinal representado por um nível de tensão ou intensidade de corrente elétrica.
O processo de conversão A/D é mais complicado e mais demorado do que o processo de conversão D/A, havendo uma grande variedade de métodos para realizar tal conversão.
O circuito do conversor é composto por um contador de década que gera o código BCD 8421 nas saídas A', B', C' e D'. As saídas entram em um conversor D/A, fazendo com que apresente na saída uma tensão de referência, a qual é injetada em uma das entradas de um circuito comparador constituído por um amplificador operacional. Na outra entrada têm-se o sinal analógico a ser convertido.
Os ADCs são muito úteis na interface entre dispositivos digitais (microprocessadores, microcontroladores, DSPs, etc) e dispositivos analógicos e são utilizados em aplicações como leitura de sensores, digitalização de áudio e vídeo.
Por exemplo, um conversor A/D de 10 bits, preparado para um sinal de entrada analógica de tensão variável de 0V a 5V pode assumir os valores binários de 0 (0000000000) a 1023 (1111111111), ou seja, é capaz de capturar 1024 níveis discretos de um determinado sinal. Se o sinal de entrada do suposto conversor A/D estiver em 2,5V, por exemplo, o valor binário gerado será 512.
Conceitos do conversor
[editar | editar código-fonte]Anti-aliasing
[editar | editar código-fonte]Como os conversores são limitados em banda, ou seja, trabalham apenas em uma faixa específica de freqüência(1 a 10kHz), normalmente [0,fN], onde fN representa o dobro da freqüência do maior sinal passível de ser adquirido (fN/2 - freqüência de Nyquist), normalmente utiliza-se um filtro passa-baixas com a finalidade de evitar que amplitudes de harmônicas de alta freqüência apareçam na entrada do conversor.
Estudo comparativo
[editar | editar código-fonte]Sinais gerados por circuitos analógicos são muitas vezes processados por circuitos digitais, por exemplo, por um microcontrolador ou por um microcomputador.
Para processar sinais analógicos usando circuitos digitais, deve-se efetuar uma conversão para essa última forma, a digital. Tal conversão é efetuada por um Conversor Analógico-Digital ("A/D converter" ou ADC).
O sinal recebido, depois de digitalizado, é processado e, na maioria das vezes, será utilizado para atuar sobre o circuito analógico que gerou o sinal original ou até mesmo sobre outro circuito.
Por isso, um sinal na forma digital, para ser processado por um bloco funcional analógico, deve ser previamente convertido (ou reconvertido) para a forma analógica equivalente.
Um sistema que aceita uma palavra digital como entrada e traduz ou converte o valor recebido para uma voltagem ou corrente analógicas proporcionais à entrada é chamado de Conversor digital-analógico ("D/A converter" ou DAC). Neste caso, quanto mais bits conter o sinal de entrada(digital), melhor será o sinal convertido(analógico) pois haverá maior precisão.
Tipos de conversores A/D
[editar | editar código-fonte]De um modo geral os conversores A/D podem ser divididos em alguns tipos técnicos, conforme as suas características fundamentais de conversão:
Conversor em Rampa
[editar | editar código-fonte]O conversor em rampa é um conversor A/D simples e que pode ser projetado para que tenha uma alta resolução. Quando a taxa de amostragem não necessita ser elevada mas não dispensa alta resolução, este tipo de conversor é a melhor opção. O funcionamento deste dispositivo basea-se na integração de sinais e seus componentes básicos são: um comparador, um contador e um integrador de Miller.
Esse é seu princípio de funcionamento: primeiramente se integra o sinal de entrada (Vin) durante um tempo fixo, posteriormente move-se a chave presente na entrada do integrador para o ponto onde está conectada a tensão referência conhecida (Vref), de sinal contrário em relação à tensão de entrada, nesta fase faz-se a integração da Vref que se volte ao estado inicial, ou seja, tensão nula na saída do integrador. O contador citado anteriormente como um dos componentes básicos deste tipo de conversor é responsável por determinar o tempo da rampa de subida (integração de Vin) e realizar a contagem do tempo de descida (integração de Vref).
A inclinação da rampa de subida é dependente da amplitude do sinal de entrada, por isso, para diferentes sinais de entrada teremos um valor de tensão (Vm) diferente ao final da primeira etapa de integração. Já a rampa de descida irá apresentar sempre a mesma inclinação, pois o valor do sinal de entrada do integrador é sempre o mesmo nesta fase, apenas o tempo de duração desta rampa de descida irá alterar, e é justamente este tempo que é utilizado para a determinação da amplitude do sinal de entrada.
A simplicidade deste tipo de conversor, aliada a seu baixo consumo de energia, faz com que ele seja escolhido, geralmente, para aplicações de instrumentação de baixo custo, como multímetros digitais.
Conversor de Aproximação Sucessiva
[editar | editar código-fonte]O conversor SAR ADC(ou conversor de aproximação sucessiva) representam a maior parte de conversores de resoluções médio-grande. Eles possuem pouco consumo de energia, uma alta resolução e precisão, e o fato de serem fisicamente pequenos também ajuda. Devido a esses benefícios os ADCs SAR podem ser integrados com outras funções maiores.
As suas maiores limitações são as pequenas taxas de amostragem, uma resolução limitada devido aos limites do DAC e comparador, e tambem o fato de seu tamanho aumentar com o numero de bits. É ideal para sistemas com dados de multi-canais e frequências de amostras abaixo de 10MHz e resoluções entre 8 e 16 bits.
Seus circuitos são mais complexos do que os do conversor em rampa, porém seu tempo de conversão é muito menor, o que torna seu uso bastante atrativo. Além disso, os conversores A/D por aproximações sucessivas têm um tempo de conversão fixo, que não depende do sinal analógico presente em sua entrada. O esquema básico deste conversor é similar ao do conversor em rampa.
No entanto o conversor A/D por aproximações sucessivas não utiliza um contador para gerar a entrada do conversor D/A, usando, em seu lugar, um registrador comum. A lógica de controle modifica o conteúdo deste registrador bit a bit, até que o dado armazenado no registrador seja equivalente à entrada VA, dentro da resolução do conversor.
Paralelo ou flash
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Os conversores tipo paralelo têm como circuito básico de entrada um pré-amplificador e um latch, que atuam juntos em uma configuração de circuito comparador. Na saída dos comparadores é necessária a colocação de um circuito de codificação que irá receber os sinais dos comparadores e codificar o sinal de saída em código binário (ou “GRAY”).
A grande vantagem do conversor A/D paralelo é a grande rapidez na conversão, porque o sinal analógico de entrada é comparado diretamente e simultaneamente com cada nível de voltagem de referência em comparadores distintos.
A grande dificuldade ou desvantagem dos conversores A/D paralelo é o aumento do número de comparadores de latch e complexidade do codificador à medida que se aumenta a resolução, isso ocasiona um enorme aumento na área de silício e consumo de potência, devido ao grande número de componentes.
O conversor A/D paralelo é o mais rápidos dentre todos os tipos de conversores e normalmente é construído utilizando-se a versão mais rápida de uma determinada tecnologia, mas é expressivamente caro, visto que necessita de 2ⁿ-1 comparadores para um conversor de n bits.
Referências Bibliográficas
[editar | editar código-fonte]SICA, Carlos. "Sistemas Automáticos com Microcontroladores 8031/8051", Editora Novatec, 2006.
Boylestad, R.; Nashelsky, L. "Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos", Editora Phb,1994.
Lando, R. A. & Alves, S. R., Amplificador Operacional, Livros Editora Erica Ltda., 1985, São Paulo, Brasil.
Max Feldman, Estudo e Simulação de um Conversor A/D do tipo Redistribuição de carga, Porto Alegre, 2013.
IDOETA, I. V. & CAPUANO, F. G. "Elementos de Eletrônica Digital", Editora Érica Ltda, 2012
