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Conversão A/D e D/A
Amostragem e Retenção
Durante a conversão A/D, o sinal analógico não deve variar para não afetar o resultado do processo. Este nível de tensão deve ser retido após sua amostragem.
O circuito de sample and hold (S/H) ou track and hold (T/H) estabiliza a tensão analógica durante o processo de conversão A/D.
Na aquisição analógica, o tempo de carga do capacitor (tempo de aquisição) deve ser aguardado para garantir que o valor analógico está disponível para conversão no ADC. Este tempo deve ser o menor possível.
Decorrido este tempo, a chave é aberta e o valor analógico é mantido até a descarga completa do capacitor. Este tempo deve ser o maior possível.
O tempo de conversão do ADC deve ser o menor possível para não permitir que a tensão no capacitor se altere significativamente (tamanho do degrau) durante a conversão.
O sistema digital deve aguardar o tempo de aquisição (carga do capacitor) e o tempo de conversão do ADC para ler o dado em suas entradas digitais.
A soma destes tempos irá determinar o mínimo intervalo entre cada amostra e a frequência de amostragem em S/s (Samples per second).
Aquisição de Dados
Aquisição de Dados
Em aplicações onde uma grandeza física deve ser processada por um sistema digital, os dados analógicos devem passar por um processo de aquisição de dados.
Saída para Atuadores
Os dados digitais devem ser armazenados em registradores para serem mantidos até que a conversão D/A seja feita.
Sinais de Controle
É necessário enviar e receber sinais de controle entre o sistema digital e o ADC/DAC para regular a transmissão/recepção de dados convertidos.
Exemplos
EOC (End of Conversion): indica o fim da conversão A/D e que o dado está pronto para leitura pelo sistema digital
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CS e WR (Chip Select e Write): permite selecionar e escrever em um DAC o valor digital que será convertido
Como aquisitar dados?
O sistema envia um sinal \(START\) e aguarda um conversor A/D terminar a conversão para ler a saída digital do conversor. Enquanto isso, o sinal analógico em \(V_A\) varia continuamente.
O computador inicia cada novo ciclo de conversão e então carrega, no final da conversão, o dado digital na memória.
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Aplicações de ADCs
Medição de precisão (ex.: multímetros digitais) com ADC de rampa dupla, que possui taxa de amostragem mais baixa, alta resolução e boa rejeição a ruído.
Voz/áudio (ex.: mesas digitalizadoras) com ADC Sigma/Delta, que possui largura de faixa moderada, sobreamostragem e alta resolução.
Aquisição de dados (ex.: sistemas com múltiplas entradas analógicas) com ADC de aproximações sucessivas, que possui alta taxa de amostragem e baixo custo.
Alta velocidade (ex.: osciloscópios, vídeo digital, comunicações) com ADC de arquitetura pipeline ou flash, que possui custo baixo, baixa resolução (flash) ou alta resolução (pipeline).
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Multiplexação em ADC
Devido ao alto custo do circuito ADC, é comum o uso de diversos canais em um mesmo conversor.
Todos os canais são enviados a um circuito multiplexador analógico que, através de entradas de seleção, envia para conversão apenas uma entrada por vez.
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Aplicações de DACs
Geradores de forma de onda: ao se controlar a sequência de bits apresentados à entrada de um DAC, pode-se determinar uma forma de onda arbitrária na saída. Isso é possível com um circuito sequencial.
Controle de atuadores: uma saída de um sistema digital pode ser convertida em um sinal analógico para controle de velocidade de motores, abertura proporcional de válvulas, controle de temperatura, etc.
Testes automáticos: sinais provenientes de sistemas digitais podem ser convertidos em fontes de corrente e tensão controladas para realizar testes em dispositivos de proteção de equipamentos de subestações.
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Conversor A/D em CI
CI CMOS - AD 7880 - A/D
12 bits por aproximações sucessivas com entrada diferencial
- Converte em \(15 \mu s\), contando o tempo de tempo de T/H de \(3 \mu s\)
- Tem duas faixas de operação unipolar (\(0 - 5 V\) ou (\(0 - 10 V\) e uma bipolar (\(-5 - +5 V\)
CI CMOS - AD 7829-1 - A/D
8 bits Flash de 8 canais
- Converte em \(420 ns\)
- Possui circuito de T/H (Track and Hold)
- Entrada analógica selecionada por multiplexador de \(8\) para \(1\)
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Diagrama simplificado de um circuito S/H
