Conversores a/d e d/a

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS |
TRABALHO CONTROLE DE PROCESSOS |
Conversores A/D e D/A |
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Thais Magalhães Felicíssimo |
11/1/2011 |

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3.8 – CONVERSOR DIGITAL/ANALÓGICO
A funçao básica de um conversor digital-analógico (DAC ou D/A) é converter uma representação digital de um número em sua tensão análoga. A tensão de saída do conversor D/A pode serrepresentada como:

Vfs representa a tensão de referência a qual determina a escala total da tensão de sa’ida do corverson, e de A1 a An representa os digitos binários ou bits da palavra de entrada. A1 é tido como o bit mais significativo (MSB) e corresponde a uma tensão de Vfs/2. An é o bit menos significativo (LSB) e corresponde a Vfs/2n.

Figura 3-20

Um dos circuitos D/A mais simples é dado nafigura 3-20a e utiliza um amplificador somador e uma rede de resistores com pesos ponderados. A palavra de entrada binária controla os switches com o bit 1 indicando fechado e bit 0 indicando aberto. Os resistores são ponderados progressivamento por um fator de 2, produzindo assim a contribuição binária ponderada desejada para a saída. Dois problemas surgem. O primeiro problema é que o D/A requerrelações precisas do resistor a ser mantido em uma faixa muito ampla de valores (faixa de 1024 – 1 para 10-bit DAC). E também, como os switches estão em série com os resistores, esta resistência “ligada” (bit 1) tem que ser muito baixa e ter tensão de offset = 0. Estes dois ultimos requisitos podem ser atendidas usando bons MOSFETs ou JFETs como switches. Entretanto, a ampla faixa de valor doresistor não é adequada para conversores monolíticos de moderadas a altas resoluções.
A escada R-2R mostrada na figura 3-20b evita o problema de uma ampla faixa de valores de resistência. É bem adaptado para circuitos integrados uma vez que necessitam de apenas 2 valores de resistência, R e 2R. O valor de R tipicamente varia de 2.5 a 10 k. Tomando sucessivos circuitos equivalentes de Thévenin paracada bit da escada, é fácil de mostrar que cada entrada são reduzidas por um fator de 2 indo de MSB para o LSB.
Novamente esta rede está utilizando switches em um modo de comutação e requer baixa resistência no bit 1 e zero de tensão de offset nos switches.
Devido a variação de corrente que flui pela escada, dissipação de energia e aquecimento na rede varia, causando não-linearidade no conversorD/A. Além disso, a carga na tensão de referência depende da entrada binária. Por causa disso, a maioria das versões monolíticas desde conversor D/A usa a configuração mostrada na figura 3-20c, conhecida como a escada R-2R invertida. Nesta, o fluxo de correntes na escada é constante com a entrda digital divergindo a corrente para terra ou para a entrada de um conversor corrente-tensão. Esta é umaconfiguração popular usada com o processo CMOS, o qual fornece excelentes dispositivos de comutação. Os comutadores (switches) ainda precisam de ser dispositivos de baixa resistência para minimizar erros no conversor.

3.9 – CONVERSÃO ANALÓGICA-DIGITAL
O esquema básico da maioria dos conversores analógicos/digitais está mostrado na figura 3-21a. A tensão desconhecida é conectada na entrada de umcomparador de sinal analógico e uma tensão dependente do tempo é conectada a segunda entrada.
A característica de transferência do comparador é mostrado na figura 3-21b. Se a tensão de entrada V1 é maior do que V2, a tensão de saída será em um nível alto correspondendo a um “1” lógico. Is a entrada V2 for maior do que V1, a tensão de saída será um nível baixo, correspondendo a um “0” lógico.Para realizar uma conversão, a tensão de referência VR é variada para determinar qual das 2n palavras binárias possíveis está mais próxima da tensão desconhecida Vx. A tensão de referência VR pode assumir 2n valores diferentes da forma:

Onde Vr é uma tensão de referência DC e Ai são coeficientes binários. A lógica de um conversor A/D é tentar escolher os coeficientes Ai para que a diferença...
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