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Como Conversores Analógico/Digital Funcionam


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Como Conversores Analógico/Digital Funcionam

Projeto Paralelo

O flash, também chamado conversor A/D paralelo, é muito simples de ser entendido. Ele funciona comparando a tensão de entrada – ou seja, o sinal analógico – com uma tensão de referência, que seria o valor máximo obtido pelo sinal analógico. Por exemplo, se a tensão de referência é de 5 volts, isto significa que o pico do sinal analógico seria de 5 volts. Um conversor A/D de 8 bits quando o sinal de entrada atinge os 5 volts encontraríamos um valor de 255 (11111111) na saída do conversor A/D, ou seja, o valor máximo possível.

A tensão de referência é reduzida por uma rede de resistores e outros comparadores são adicionados para que a tensão de entrada (sinal analógico) possa ser comparada com outros valores.

Na Figura 6 você pode ver um conversor A/D paralelo de 3 bits. A comparação é feita através de um amplificador operacional. Todos os resistores têm o mesmo valor.

Como Conversores Analógico/Digital Funcionam
Figura 6: Conversor A/D paralelo.

O codificador de prioridade (também conhecido como decodificador) pode ser feito através de portas XOR e de uma série de diodos e resistores, como mostrado na Figura 7, ou através de um único chip como o 74148 (codificador de prioridade de 3 para 8 linhas).

Como Conversores Analógico/Digital Funcionam
Figura 7: Conversor A/D paralelo.

Apesar de conversores A/D paralelos usarem um projeto muito simples, eles requerem uma quantidade grande de componentes. O número de comparadores necessários é de 2^n-1, onde n é o número de bits da saída. Para um conversor A/D paralelo de oito bits são necessários 255 comparadores, e para um conversor A/D paralelo de 16 bits são necessários 65.535 comparadores!

Por outro lado, o conversor A/D paralelo é o circuito conversor A/D mais rápido disponível. O equivalente digital do sinal analógico estará disponível imediatamente em sua saída (teria apenas o atraso de propagação inserido pelas portas lógicas) – daí o nome “flash” (veloz).

Uma outra vantagem do conversor A/D paralelo é que você pode criar um conversor A/D com saída não linear. Geralmente conversores A/D têm uma saída linear, ou seja, cada número digital corresponde a um aumento fixo na entrada analógica. Por exemplo, para um conversor A/D de 3 bits, como o mostrado acima, que temja um valor de referência de 5 V, cada número digital representaria 625 mV (5 V / 2^3). Então 0 V = 000, 0,625 V = 001, 1,250 V = 010 e assim até o 5 V = 111.

Como as comparações do conversor A/D paralelo são configuradas por um conjunto de resistores, você poderia configurar diferentes valores para os resistores de modo a obter uma saída não linear, ou seja, um valor representaria um degrau de tensão diferente dos outros valores.

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Comentários de usuários

Respostas recomendadas

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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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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  • Administrador
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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