Projetos Baseados em Integrador
Existem algumas maneiras de projetar conversores A/D usando um integrador. Vamos dar uma olhada em dois deles, o conversor A/D por inclinação única e o conversor A/D Delta-Sigma.
Conversor A/D por Inclinação Única
Na Figura 10 você pode ver um conversor A/D por inclinação única. Se você prestar atenção, verá que ele é muito parecido com o conversor A/D contador de rampa, já que utiliza um contador, mas em vez de usar um conversor D/A para gerar a tensão de comparação, ele utiliza um circuito chamado integrador, que é basicamente formado por um capacitor, um resistor e um amplificador operacional. O transistor MOSFET faz o circuito de controle necessário.
Figura 10: Conversor A/D por inclinação única.
O integrador produz uma forma de onda triangular em sua saída, de zero a até a tensão analógica máxima possível para ser amostrada, configurada pela entrada –Vref. No momento em que a forma de onda é iniciada, o contador começa a contagem de 0 até 2^n-1, onde n é o número de bits implementado pelo conversor A/D. Quando a tensão em Vin (o sinal analógico) é igual à tensão obtida pela forma de onda triangular gerada pelo integrador, o circuito de controle captura o último valor produzido pelo contador (ativando o pino de clock do buffer de saída), que será o valor digital correspondente à amostra analógica sendo convertida. Ao mesmo tempo, ele reinicia o contador e o integrador, dando início à conversão da próxima amostra.
Assim como acontece com o conversor A/D de aproximação sucessiva, este circuito usa um buffer de saída, o que significa que o último valor convertido pode ser lido enquanto que o conversor A/D está convertendo o valor atual.
Apesar desta implementação ser mais simples do que o contador de rampa, ela ainda é baseada em um contador e sofre dos mesmos problemas básicos encontrados no contador de rampa: velocidade. Ele requer até 2^n-1 pulsos de clock para converter cada amostra. Para um conversor A/D de oito bits, seriam necessários até 255 pulsos de clock para converter uma única amostra. Para um conversor A/D de 16 bits seriam necessários até 65.535 pulsos de clock para converter uma amostra.
Conversor A/D por Dupla inclinação
Uma outra implementação popular usando um integrador é a chamada conversor A/D por dupla inclinação, que resolve um problema inerente da implementação por inclinação única: o circuito sai de calibração ao longo do tempo, que leva à perda de precisão porque o integrador não está ligado ao sinal de clock (isto é, a forma de onda triangular não está sincronizada com o clock do contador).
Um conversor A/D por dupla inclinação clássico pode ser visto na Figura 11.
Figura 11: Conversor A/D por dupla inclinação.
A primeira chave analógica conecta o Vin ao integrador. Com isto, o integrador começa a gerar a forma de onda triangular e a posição da chave permanecerá em Vin durante um número fixo de pulsos de clock. Quando este número de pulsos de clock é atingido, a chave analógica move sua posição para permitir o sinal –Vref entrar no integrador. Como –Vref é uma tensão negativa, a forma de onda começa a ir em direção a zero, usando um número de pulsos de clock proporcional ao valor de Vin.
Para uma melhor compreensão, veja a Figura 12, onde mostramos a forma de onda na saída do integrador. T1 é fixo, enquanto a duração T2 é proporcional ao valor de Vin. Vin configura o ângulo do sinal: quanto maior o valor de Vin, maior o ângulo.
Figura 12: Forma de onda encontrada na saída do integrador.
T2 = T1 x Vin / Vref.
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