Projeto Baseado em Conversor D/A
Existem algumas maneiras de desenvolver um conversor A/D usando um conversor D/A como parte do seu circuito de comparação. Apresentaremos a você duas delas: contador de rampa e aproximação sucessiva.
Conversor A/D Contador de Rampa
Um conversor A/D contador de rampa, também chamado conversor A/D de rampa digital, é mostrado na Figura 8. Vin é a entrada analógica e Dn até Do são as saídas digitais. A linha de controle serve para ligar o contador (quando ela está baixa) ou para desligá-lo (quando ela está alta).
Figura 8: Conversor A/D contador de rampa.
A idéia básica é ir aumentando o valor do contador até que ele corresponda ao valor do sinal analógico. Quando está condição é alcançada, o valor no contador é o equivalente digital do sinal analógico.
Ele requer um pulso de START para cada tensão analógica que você queira converter para digital. O sinal END representa o final da conversão de cada tensão individual (cada amostra), e não para o sinal analógico inteiro. Cada pulso de clock move o contador. Suponha um conversor A/D de 8 bits. Para ele converter o valor analógico “128” para digital, por exemplo, seriam necessários 128 pulsos de clock.
Ele funciona contando de 0 até o valor máximo possível (2^n-1) até “encontrar” o valor digital correto para a tensão analógica presente em Vin. Quando este valor é encontrado, o sinal END é ativado e o valor digital para Vin estará disponível em Dn até D0.
O problema principal com este circuito é que ele é muito lento, já que ele precisa de até 2^n-1 pulsos de clock para converter cada amostra. Para um conversor A/D de 8 bits, seriam necessários 255 pulsos de clock para converter uma única amostra. Para um conversor de 16 bits seriam necessários 65.535 pulsos de clock para converter uma única amostra.
Conversor A/D de Aproximação Sucessiva
O segundo circuito conversor A/D clássico usando um conversor D/A é chamado de aproximação sucessiva, sendo o mais usado. Ele é mostrado na Figura 9. Vin é a entrada analógica e Dn até D0 são as saídas digitais. Como você pode ver, este circuito utiliza um buffer e, portanto, o sinal digital ainda permanece no circuito enquanto o conversor está processando a próxima amostra. RAS significa Registrador de Aproximação Sucessiva (ou, em inglês, SAR, Successive Approximation Register). Ele tem os mesmos sinais de controle que o conversor A/D contador de rampa: START, que comanda o conversor A/D para iniciar a conversão, CLOCK e END, que diz que a conversão daquela amostra em particular foi finalizada.
Figura 9: Conversor A/D de aproximação sucessiva.
Enquanto o conversor A/D contador de rampa faz a conversão analógico/digital contando de 0 até o valor máximo possível (2^n-1) até ele “encontrar” o valor digital correto para Vin, o conversor A/D de aproximação sucessiva configura primeiro a configuração do MSB (bit mais significativo; o MSB em um conversor A/D de oito bits é o D7). De modo a facilitar as explicações abaixo, considere um conversor A/D de oito bits.
A comparação entre Vin e a saída do conversor D/A dirá à unidade de controle se este bit deverá permanecer configurado como 1 ou se deveria ser configurado como 0, já que o amplificador operacional dirá de imediato à unidade de controle se o valor da amostra é maior ou menor do que 128 (2^7). Em seguida o D6 é configurado em 1 e, com base na comparação feita pelo amplificador operacional, a unidade de controle saberá se este bit deverá permanecer em 1 ou não, repetindo o processo. E assim por diante.
A coisa boa a respeito do conversor A/D de aproximação sucessiva é sua velocidade. No pior caso ele encontrará o valor digital correto para a amostra em n pulsos de clock, onde n é o número de bits usados. Para um conversor A/D de oito bits, o valor digital para cada amostra pode ser encontrado em até oito pulsos de clock (comparado aos 255 no contador de rampa), e para um conversor A/D de 16 bits o valor digital para cada amostra pode ser encontrado em até 16 pulsos de clock (comparado aos 65.535 no circuito anterior).
E, como comentamos anteriormente, uma outra grande vantagem deste circuito é o uso de um buffer de saída que permite ao circuito que está sendo alimentado pelo conversor A/D ler o dado digital enquanto o conversor A/D já está trabalhando na próxima amostra.
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