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Como Conversores Analógico/Digital Funcionam

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Um tutorial detalhado a respeito do funcionamento dos conversores analógico/digital em uma linguagem simples e clara.

Gabriel Torres Editor executivo do Clube do Hardware

Introdução

Sinais do mundo real são analógicos: luz, som, só para citarmos alguns. Por essa razão é que sinais do mundo real devem ser convertidos para digital através de um circuito chamado Conversor D/A (Conversor Digital/Analógico ou simplesmente ADC, Analog/Digital Converter) antes que possam ser manipulados por um equipamento digital. Neste tutorial explicaremos a fundo como funciona a conversão de um sinal analógico para digital.

Quando você utiliza o seu scanner para capturar uma imagem o que acontece na verdade é uma conversão de um sinal analógico para digital: isto é feito pegando a informação analógica fornecida pela imagem (luz) e convertendo-a em sinal digital.

Quando você grava sua voz ou usa uma solução de voz sobre IP em seu computador, você está usando um conversor analógico/digital para converter sua voz, que é um sinal do tipo analógico, em uma informação digital.

Informações digitais não são apenas restritas aos computadores. Quando você fala ao telefone, por exemplo, sua voz é convertida em um sinal digital (esta conversão pode ser feita na central da operadora de telefonia, caso sua linha seja analógica, ou na sua casa, caso você esteja usando uma linha ISDN ou DSL), já que sua voz é um sinal analógico e a comunicação entre as comutadoras de telefonia é feita digitalmente.

Quando um CD de áudio é gravado em um estúdio, mais uma vez uma conversão analógico/digital acontece, convertendo os sons em números que serão armazenados no disco.

Toda vez que precisamos do sinal analógico de volta, a conversão oposta – digital para analógico, que é feita por um circuito chamado conversor digital/analógico ou Conversor D/A ou ainda DAC (Digital/Analog Converter) – é necessária. Quando você toca um CD de música, o que o aparelho de CD faz é ler a informação digital armazenada no disco e convertê-la de volta para o formato analógico, permitindo assim que você ouça a música. Quando você está falando ao telefone, uma conversão digital/analógico também acontece (esta conversão pode ser feita na central da operadora de telefonia, caso sua linha seja analógica, ou na sua casa, caso você esteja usando uma linha ISDN ou DSL), de modo que você possa ouvir o que a pessoa do outro lado está dizendo.

Mas, porque digital? Existem algumas razões para usar sinais digitais em vez de analógicos, sendo ruído a principal delas.

Como os sinais analógicos podem assumir qualquer valor, o ruído é interpretado como sendo parte do sinal original. Por exemplo, quando você ouve músicas de um disco de vinil, você pode ouvir ruídos porque a agulha do toca-discos é analógica e não sabe a diferença entre a música originalmente gravada e o ruído inserido por poeira ou arranhões.

Sistemas digitais, por outro lado, podem apenas entender dois números: zero ou um. Qualquer coisa diferente disto é descartada. É por isso que você não ouve qualquer ruído indesejado ao tocar um CD de música, mesmo que o tenha tocado várias vezes antes (na verdade, dependendo do seu aparelho de som você pode ouvir algum ruído ao tocar CDs de músicas, mas este ruído, chamado ruído branco, não é produzido pelo CD, mas sim pelo aparelho de CD, amplificador ou cabos usados, e é introduzido no caminho do áudio após o dado digital encontrado no CD já ter sido convertido de volta para analógico – como você ver, o problema existe na parte analógica).

Uma outra vantagem do sistema digital em relação ao analógico é a capacidade de compactação de dados. Como um sinal digital em comparação a um sinal analógico é apenas uma sequência de números, esses números podem ser compactados da mesma maneira que você compacta um arquivo do Word usando o WinZip para diminuir o tamanho do arquivo, por exemplo. A compactação pode ser feita para economizar espaço em disco ou na largura de banda. Em todos os exemplos que expomos até agora nenhuma compactação foi usada. Falaremos novamente sobre isto quando discutirmos o som surround.

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Comentários de usuários


Olá! Quero dar meus parabéns ao Gabiel e o Cássio pelo artigo! Muuuito bom e explicativo! Me ensinou muitas coisas de forma clara e objetiva! Assim é que o clube cresce a cada dia! Parabéns!

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Olá,

Fico muito feliz que você tenha gostado, pois nosso objetivo é justamente esse, explicar assuntos complicados com uma linguagem simples e que todo mundo possa entender!

Abraços,

Gabriel.

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Na atualização desse artigo, de 08/12/2006, encontra-se um erro referente à explicação dos gráficos na página 2.

Para nossas explicações, considere o sinal analógico mostrado na Figura 1. Vamos assumir que este é um sinal de áudio, já que esta aplicação é a mais comum para conversões analógico/digital e digital/analógico. O eixo “x” representa a tensão enquanto que o eixo “y” representa o tempo.

Na verdade, o eixo "y" representa a tensão enquanto que o eixo “x” representa o tempo.

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Noosa!

Excelente artigo!

Me lembrou perfeitamente da minha segunda aula de Sistemas de Programação I que tive!

Se a aula não tivesse sido há 4 meses, poderia jurar que o professor usou o artigo como base para a aula!

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Como engenheiro eletrônico posso dizer que vocês estão de parabéns!!

Muito objetivo e bem escrito.

Por favor continuem a nos brindar com estes belos artigos!

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Muito bom artigo, dá para entender melhor a lógica usada nestes sistemas moduladores de sinal.

Tenho um comentário para o amigo leandrolnh:

Na atualização desse artigo, de 08/12/2006, encontra-se um erro referente à explicação dos gráficos na página 2.

Na verdade, o eixo "y" representa a tensão enquanto que o eixo “x” representa o tempo.

Pois é, isso pode confundir um pouco, mas não é propriamente um erro, apenas por convenção é considerado o eixo horizontal como o eixo X e o eixo vertical como o eixo Y. Se você reparar bem, não erro nas interpretações sobre os eixos X e Y que o Cassio Lima e o Gabriel Torres fazem sobre o gráfico.

Se não me engano o pessoal do sul do Brasil tem um jeito de escrever as notações diferentes do usual em relação ao resto do Brasil sobre os eixos X e Y ou mais eixos (tenho um professor de SC que escreve assim).

Se tiver alguém de SC ou RS, me diga se isso acontece ou não nas escolas e ou faculdades.

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Sr Gabriel preciso tirar uma duvida referente a conversores ADC/DAC

no trecho

"Informações digitais não são apenas restritas aos computadores. Quando você fala ao telefone, por exemplo, sua voz é convertida em um sinal digital (esta conversão pode ser feita na central da operadora de telefonia, caso sua linha seja analógica, ou na sua casa, caso você esteja usando uma linha ISDN ou DSL), já que sua voz é um sinal analógico e a comunicação entre as comutadoras de telefonia é feita digitalmente."

No caso DSL me parece haver um erro, pois acho que não ha conversão analogico digital da voz na minha casa ,pois o canal telefonico continua separado do canal de dados, tanto é que usamos um filtro de linha que vai conectado ao aparelho telefonico e também quando desligamos o computador o modem DSL também é desligado como poderia haver tal conversão? Os dados saem do modem DLS de forma digital e vão até o DSLAM na central enquanto a voz sai do aparelho de forma análogica e somente é transformada em digital nos circuitos ADC da central de comutação.

Poderia sim haver conversão analogico digital caso eu estivesse usando voz sobre IP,onde ai sim a voz se

transformaria em dados no meu computador que seria passado ao modem DSL que a transmitira de forma digital.

Espero ansioso pela resposta .

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Onde encontro uma descrição mais detalhada do conversor AD do tipo SAR? Imagino que o tal de Controle possa estar composto de um registrador de deslocamento e portas AND e que a própria unidade SAR possa estar formada por um latch e um registro de deslocamento, bem como o tal de Buffer por um latch.

Agradeço desde já a resposta, já que a implementação circuital detalhada possa contribuir em muito para a melhor compreensão do assunto!

No caso do conversor A/D por inclinação única faltou dizer uma coisa muito importante qual seja que a constante de tempo RC deve ser igual ao período do clock multiplicado por 2^n - 1, onde n é a quantidade de bits com que se quer codificar a amostra. Outra coisa importante a comentar seria a velocidade que precisa ter o clock para amostrar um sinal com máximo conteúdo harmônico de X KHz.

Abraço

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Também, no caso do conversor A/D por dupla inclinação, deveria ser dito que o tempo T1 fixo para carga do capacitor com a chave analógica comutada para Vin deve ser 2^n - 1 multiplicado pelo período do clock. Desta feita, também, os valores dos componentes do conjunto RC podem ser escolhidos com maior flexibilidade.

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Mais uma observação com relação ao artigo em referência.

Na página 9 onde se trata do conversor Sigma-Delta, no segundo parágrafo após a figura 14, onde diz:

A saída do flip-flop é usada para realimentar o circuito através de um conversor D/A de um bit. Este conversor D/A de um bit converterá basicamente o “0” ou o “1” armazenado no flip-flop em uma tensão de referência positiva ou negativa para ser somado na saída de um integrador somador,

corrigir para : a entrada de um integrador somador. (Ver no original em Inglês em: http://www.hardwaresecrets.com/article/How-Analog-to-Digital-Converter-ADC-Works/317/9)

Outrossim, recomendo a leitura do artigo: Delta-sigma modulation na Wikipedia em: http://en.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation

para maiores esclarecimentos.

Abraço a todos

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Mais uma observação com relação ao artigo em referência.

Na página 9 onde se trata do conversor Sigma-Delta, no segundo parágrafo após a figura 14, onde diz:

A saída do flip-flop é usada para realimentar o circuito através de um conversor D/A de um bit. Este conversor D/A de um bit converterá basicamente o “0” ou o “1” armazenado no flip-flop em uma tensão de referência positiva ou negativa para ser somado na saída de um integrador somador,

corrigir para : a entrada de um integrador somador. (Ver no original em Inglês em: http://www.hardwaresecrets.com/article/How-Analog-to-Digital-Converter-ADC-Works/317/9)

Outrossim, recomendo a leitura do artigo: Delta-sigma modulation na Wikipedia em: http://en.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation

para maiores esclarecimentos.

Abraço a todos

Obrigado, corrigido! :)

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Opa! Muio bom. Gostaria de saber qual a referencia do artigo "como-conversores-analógico digital-funcionam". 

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@ynorzinum Vários livros de eletrônica que eu li ao longo da vida. Como o artigo é de dez anos atrás, eu não me lembro de cabeça referências mais precisas.

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@Gabriel Torres eu li este post pois estou fazendo uma pesquisa e um seminário de com temas de ADC e achei muito legal esse artigo do CDH parabéns, abraços

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