gs 0905 conv da v0 - Páginas Pessoais -...
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Eletrônica Digital
Prof. Gilson Yukio Satosato[at]utfpr[dot]edu[dot]br
Conversores D/A
Prof. Gilson Yukio Satosato[at]utfpr[dot]edu[dot]br
Analógico X Digital
tempo tempo
Variação Contínua
Infinitos Valores
Variação Discreta
Conjunto Limitado de valores
Digital - Vantagens
• Mais fáceis de projetar• Mais fácil de armazenar informação• Mais fácil manter precisão e exatidão• Programáveis• Menos susceptíveis ao ruído• Maior integração
Digital - Desvantagem
• O nosso mundo é analógico– Temperatura– Pressão
– Tensão – Corrente
– ...
Sistema digital no “mundo” analógico
Temperatura
SensorInterface
AtuadorInterface
Sistema Digital
“Mundo”Analógico
A/DPS
D/A
Exemplo
Tocci, 2007
Conversão Digital/Analógico
• Entrada = palavra digital de n bits– Cada bit = tensão para nível alto ou baixo
• Saída = sinal discreto– Número finito de níveis (até 2n)
Conversão Digital/Analógico
Conversor D/A
Vs
D0D1
Dn-1
Palavra digital de n bits
Tensão (ou corrente) de saída
Conversão Digital/Analógico
Conversor D/A de 3 bits
VsD0D1D2
Exemplo
0,00,20,40,60,81,01,21,4
0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1
D2 D1 D0 Vs1 Vs2
0,00,51,01,52,02,53,03,5
Vs3
0,000,150,300,450,600,750,901,05
t
Vs
ExemploConversor
D/A de 3 bits
VsD0D1
D2
0,00,20,40,60,81,01,21,4
0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1
D2D1D0 Vs
Contador Módulo 8
CLK
+
000 001 010 011 100 101 110 111 000
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
CLK
Resolução
0,00,20,40,60,81,01,21,4
0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1
D2 D1 D0 Vs
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
Resolução (R): menor variação na saída analógica em função de uma mudança na entrada
Fundo de escala (FS): maior valor de saída analógica
Resolução percentual (R%):
R%=(R/FS)*100%
Linearidade
0,00,20,40,60,81,01,21,4
0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1
D2 D1 D0 Vs
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
Analog Devices
Monotonicidade
Analog Devices
Precisão• Erro de fundo de escala
– O erro máximo é dado como uma porcentagem do FS
• Erro de linearidade– O erro máximo é dado como uma
porcentagem da resolução
Erro de offset
Exemplo
Idealmente
000 = 0V
Com erro de offset
000 = 0,02
Analog Devices
Amplificador Operacional
• Concebido para fazer operações entre grandezas analógicas
– Soma, subtração, logaritmo, diferencial, integral
• Pode ser aplicado de várias formas– Linear: amplificadores, mixers, osciladores
– Não linear: comparadores, geradores de onda quadrada
Amplificador Operacional (AO)
+
-
+V
-V
Entrada não-inversora
Entrada inversora
Alimentação positiva
Alimentação negativa
Saída
Ideal X Real
+
-
+V
-V
Ideal
A=vo/vi → ∞Zi → ∞Zo → 0
-∞ ≥ vo ≥ ∞vo=0 se vi=0
Real
A=vo/vi → muito altoZi → muito alto
Zo → baixo-V ≥ vo ≥ +V
vo=? se vi=0
vivo
Zi Zo
Amplificador Inversor
+
_
vi
vo
Ri
Rf
vo = io x Rf
vi = ii x Ri
Tal que:
vo/vi = (io x Rf) / (ii x Ri)
Como:
io = -ii
vo/vi = - (Rf/Ri)
vo = - vi x (Rf/Ri)
Somador
vo = -(Rf/Ri) x (va+vb+vc+vd)
+
_va
vo
Ri
Rf
Ri
Ri
Ri
vb
vc
vd
Conversor D/A Resistores Ponderados
0123456789101112131415
0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111
DCBA Vs
R
2R
4R
8R
+
_
Vs
Rf
VA
VB
VC
VD
Vs = -(Rf/R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8)
P.ex.
VD,VC,VB,VA
“1” = 5V
“0” = 0V
Todos valores de tensão negativos
(4 bits)
Exemplo
Tocci, 2007
Entradas do D/A
• As entradas do D/A são digitais: ”1” e “0”, mas ambos níveis lógicos são representados por níveis de tensão.
• Em dispositivos reais não é possível associar um único valor de tensão. Uma faixa de valores é associada a cada nível lógico.
• Por exemplo, a família TTL garante saídas em que:
– “1” → 2,4V ~ 5V– “0” → 0V ~ 0,8V
Entradas do D/A
• O desempenho do D/A depende do valores de tensão de entrada (vide equação)
• Assim a faixa de tensões que pode ser fornecida de um CI para um D/A afeta seu desempenho
• Além disso, cada saída do CI pode fornecer um valor de tensão diferente
Tocci, 2007
Conversor D/A R/2R
Vs = -(Rf/6R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8)
(4 bits)
+
_Vs
Rf
VA VB VC VD
2RRRR
2R 2R2R2R2R
Exemplo Tocci, 2007
Conversor D/A Resistores
Ponderados 8 bits
Vs = -(Rf/R) x (VH+VG/2+VF/4+VE/8+VD/16+VC/32+VB/64+VA/128)
R
2R
4R
8R
+
_
Vs
Rf
VE
VF
VG
VH
VD16R
VC32R
VB64R
VA128R
Conversor D/A Resistores
Ponderados 2 Dígitos BCD
Vs = -(Rf/R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8+VD’/10+VC’/20+VB’/40+VA’/80)
R
2R
4R
8R
+
_
Vs
Rf
VA
VB
VC
VD
VD’10R
VC’20R
VB’40R
VA’80R
Conversor D/A R/2R de 8 bits
Rf
+
_
Vs
VF VG VH
2RRRR
2R 2R2R2R
VEVA VB VC VD
RRRR
2R 2R2R2R2R
Vs = -(Rf/6R) x (VH+VG/2+VF/4+VE/8+VD/16+VC/32+VB/64+VA/128)
Conversor D/A R/2R de
2 Dígitos BCD
+
_
Vs
Rf
VA VB VC VD
2RRRR
2R 2R2R2R2R
VA’ VB’ VC’ VD’
20R10R10R10R
20R 20R20R20R
20R
Vs = -(Rf/6R) x (VD+VC/2+VB/4+VA/8+VD’/10+VC’/20+VB’/40+VA’/80)
Exercícios
• Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de quatro bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, a resolução é de 0,125V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada.
• Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de quatro bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, o fundo de escala é de 5,0V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada.
• Repetir os exercícios anteriores para o conversor D/A rede R/2R
Exercícios
• Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de oito bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, a resolução é de 0,125V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada.
• Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados de oito bits. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, o fundo de escala é de 5,0V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada.
• Repetir os exercícios anteriores para o conversor D/A rede R/2R
Exercícios
• Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados para 2 dígitos BCD. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, a resolução éde 0,1V. Utilize somente resistores de 10kΩ na entrada.
• Projetar e desenhar um conversor D/A resistores ponderados para dois dígitos BCD. A tensão de nível alto é igual a 5V, a de nível baixo a 0V, o fundo de escala é de 9,9V. Utilize somente resistores de 10kΩna entrada.
• Repetir os exercícios anteriores para o conversor D/A rede R/2R