Conversores AD DA

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Conversores 
Digital-Analógico (CDA ou DAC) e 
Analógico-Digital (CAD ou ADC)
Importância do estudo dos Conversores Analógicos/Digitais 
(ADC) e Digitais/Analógicos (DAC):
- A comunicação de dados através de sinais digitais é mais eficiente 
do que a comunicação por sinais analógicos: maior imunidade a 
ruídos e, portanto, maior robustez e maior confiabilidade.
- O processamento de sinais digitais também é realizado de forma 
mais eficiente do que o processamento de sinais analógicos: 
microprocessadores.
Introdução
A  D D  A Amplif.
Processamento
Digital
Da mesma forma que é impraticável a aquisição do sinal a todo
instante de sua evolução, também o é a conversão para digital do sinal
adquirido com uma resolução infinita, uma vez que isto implicaria em
um número digital de largura da palavra infinita.
Significa que, para que possamos armazenar e processar o número
convertido para digital com um número de bits praticável (digamos, 8,
12 ou 16 bits), deveremos abrir mão da fidelidade da conversão,
aceitando um erro (ou ruído) de discretização de amplitude.
A cada instante discreto de conversão, o sinal é aproximado
(arredondado ou truncado) para o valor permissível mais próximo. O
número de valores discretos é dependente do número de bits (largura
da palavra) do conversor usado.
O conceito de resolução está ligado ao passo de discretização P,
dado por:
F.D.: faixa dinâmica
n: número de bits
Para uma mesma faixa dinâmica de conversão, quanto maior a
largura da palavra n, menor será o passo P, e portanto melhor será
a resolução (menor a incerteza sobre o correto valor).
Etapas de conversão AD
O procedimento de conversão envolve as etapas de 
Amostragem, Retenção, Quantificação e Codificação.
- x(n): sinal discreto
- X(n): sinal quantizado
- Interface: conversão série/paralelo e/ou "latching"
Codificação
 Consiste em converter os valores de tensão amostrados 
para valores correspondentes à escala disponível no 
conversor A/D.
Ex: sinal de vídeo de 0 a 5V com um conversor A/D de 8 
bits: 
- Quantificação = 5/(28) = 0,0195V por nível.
- Codificação = cada nível vale 1 unidade binária.
Codificação
Conversores AD
Conversores Analógico-Digital 
(AD)
Converte uma grandeza analógica em uma informação digital que
possa ser processada por um circuito lógico, como por exemplo um
microprocessador ou um computador.
Exemplo de uso: processamento da tensão obtida na saída de um
sensor numa máquina industrial ou num dispositivo de controle.
Conversor AD
 O processo de conversão AD é geralmente mais
complexo e consome mais tempo do que o
processo DA.
Símbolo:
Conversor AD
Como um conversor digital não realiza uma conversão instantânea, o
valor analógico de entrada deve necessariamente ser mantido
constante durante o período de tempo em que o conversor realiza a
conversão (chamado de tempo de conversão).
Um circuito de entrada sample and hold executa esta tarefa,
geralmente com o uso de um capacitor para armazenar a tensão
analógica de entrada, e uma chave eletrônica para desconectar o
capacitor da entrada.
Vários circuitos integrados ADC incluem internamente um subsistema
sample and hold.
Conversor AD de Integração simples 
(rampa simples)
Utiliza um contador crescente, um integrador inversor, e um comparador 
analógico
Nesse conversor temos:
• Um integrador com constante de tempo de integração RC
- sua entrada é uma tensão de referência ‘–VRef’
• Uma chave eletronicamente controlada para zerar o integrador
(descarregar o capacitor) – entrada de controle ativa em nível baixo;
• Um comparador analógico com saída compatível TTL que compara a
tensão desconhecida ‘Vi’ (que se pretende converter para digital) com a
saída do integrador;
• Um bloco digital, funcionando como uma máquina de estado, que faz o
controle do conversor e a interface com o sistema que se utiliza do
conversor (cliente), como por exemplo um microprocessador.
Funcionamento:
Com o conversor inativo, a entrada start (ativa no nível alto) está em "0", e a saída Q do flip-flop
também está zerada ("0"), garantindo o fechamento da chave eletronicamente controlada (entrada
de controle ativa no nível baixo), mantendo o capacitor de integração descarregado, e inibindo o
incremento do contador (count em "0"). A saída do integrador estará também em zero volts,
fazendo com que qualquer tensão a ser convertida, Vi, diferente de zero (positiva) mantenha a
saída do comparador em "1".
Para iniciar uma conversão, aplica-se nível alto em start. No próximo clock Q estará em nível alto,
abrindo a chave, permitindo a integração de –VRef (produzindo uma rampa crescente), ao mesmo
tempo que libera a contagem no contador (count = "1"). start pode ser levado novamente a "0",
mas o flip-flop continua com Q = "1“ devido à realimentação pela porta OU.
Quando a rampa ultrapassar o valor em Vi, a saída do comparador irá para "0", congelando a
contagem e zerando novamente o flip-flop no próximo clock (Q = "0"). O próprio sinal count serve
também como indicativo de fim de conversão, ativo em nível baixo (!EOC) para que o sistema
cliente possa saber quando o barramento de saída conterá o valor válido da conversão. O sistema
cliente então, à sua conveniência, aplica nível alto em OE para abrir o conjunto de buffers tri-state
e ler o conteúdo do contador, que é proporcional ao valor analógico em Vi.
Obs.: supõe-se que haja um mecanismo de ‘zeramento’ do contador antes de cada nova
conversão.
Maior tempo permitido pelo 
contador, até atingir sua 
contagem máxima:
Máxima tensão atingida 
pela rampa do integrador 
correspondendo a Tmax:
Obs.: Vmax deverá ser inferior à tensão de saturação do amplificador operacional 
a fim de manter a linearidade da rampa.
O passo de conversão P será a tensão 
correspondente a um único período de 
clock (Tclock):
O número de clocks (que corresponderá ao valor N da contagem)
necessários para atingir Vi será a parte inteira (truncamento) de Vi/P
Obs.: O erro de conversão (de discretização) será a parte fracionária (módulo) da divisão Vi/P, 
podendo portanto variar de 0 a P.
Exemplo:
Considere um conversor de 8 bits (n = 8), com R = 10 KΩ, C = 25,5nF, Fclock
= 1MHz, VRef = 5V, e que Vi possui faixa dinâmica de 0 a 5V.
Na conversão de uma tensão Vi = 3,7896V, o resultado seria int(193,2696D) =
193D = C1H = 11000001B.
Uma vez de posse deste valor digital, tudo o que poderemos dizer sobre Vi é
que seu valor situa-se entre os valores analógicos correspondentes aos
valores digitais C1H e C2H (193D e 194D), ou seja, entre 3,7843V e 3,8039V
(usando 4 casas decimais).
Opcionalmente, para um conversor como este que trunca em vez de
arredondar, poderemos adicionar metade do passo P para obter (via
programa) um valor correspondente ao arredondamento. Neste exemplo
obteríamos 3,7941. Quando o sistema é escasso em recursos, como um
pequeno microprocessador ou microcontrolador em uma aplicação dedicada,
normalmente trabalha-se diretamente com o valor inteiro (193D = C1H).
Conversores AD de Rampa em Escada
 Requer pouco hardware e é barato.
 Tempo de conversão depende do valor do sinal de 
entrada e pode ser muito longo: até 2n períodos de clock 
para um conversor de n bits.
Conversores AD de Rampa em Escada
Conversor AD Flash
n
Vref
passo
2

Também chamado de Paralelo, Simultâneo ou com 
Comparador.
Conversor AD Flash
Para arredondamento: 
Ri=R/2 e Rf = 3R/2
Com estes valores, a 
primeira tomada de 
comparação é 0,5P, a 
segunda é 1,5P, e assim 
por diante, até a última que 
será (2n -1,5)P.
Conversor AD Flash
Ex. para n=2:
Passo= Vref/4
i = Vref/4R
Última tomada:
(2n -1,5)P = 2,5P
Conversor AD Flash
 Também chamado de Paralelo, Simultâneo ou com 
Comparador.
 É extremamente rápido (operação virtualmente 
instantânea, limitada pelos atrasos de propagação dos 
componentes).
 Saída possui sempre o sinal de entrada (isto porque a 
conversão é praticamente instantânea);
 Circuito pode ser excessivamente grande se o número 
de bits for alto: 2n – 1 comparadores para um conversor 
de n bits;
 Precisa de sinal de tensão de referência externa.
Conversores DA
Conversores Digital-Analógico 
(DAC)
Conversores DA são dispositivos que transformam um número
digital binário de entrada em uma variável analógica (tensão ou
corrente) de saída, proporcional ao número digital.
Conversor DA de Resistências 
Ponderadas
Conversor DA de Resistências 
Ponderadas
 Consiste basicamente em um amplificador somador;
 As tensões somadas são 0 ou Vcc, para os níveis lógicos 
baixo e alto;
 Cada tensão é somada de forma ponderada (peso), e tal 
ponderação é dada pela relação entre os resistores R0 e 
Ri, onde i representa a entrada;
 Um conversor de grande número de bits exige 
resistores com uma faixa de valores muito grande:
 Conversor de 10 bits terá na entrada LSB um resistor de 
resistência 512 vezes maior que a do resistor da entrada MSB: 
difícil de ser implementado com precisão.
 Tolerância dos resistores.
Conversor DA BCD para 2 ou mais 
Algarismos
Conversor DA de Rede R-2R
Entrada digital
Saída
analógica
Considerando A1A2A3A4 = 1000, teremos:
Conversor DA de Rede R-2R
Calculando o resistor equivalente antes a entrada A1 teremos: 
Analogamente, podemos calcular a tensão de saída para outras entradas: 
Conversor DA de Rede R-2R
Pelo teorema da superposição:
Rede R-2R
Ex.:
Vcc = 7,5 V
Conversor DA tipo escada (ladder) 
Rede R/2R
• Não apresenta o problema da necessidade de ampla faixa de 
valores para os resistores: a diferença é de apenas o dobro do 
valor;
• Uso de Amplificador Operacional melhora o acoplamento 
entre o conversor e o restante do circuito, além de oferecer 
um ganho ao sinal.
Conversor DA – Rede R/2R
Conversor DA – Rede R/2R
Onde P é o passo de discretização, que é a menor quantidade
que o conversor pode resolver.
)248(
16
16842
 
0123
012300112233
bbbb
R
V
I
I
b
I
b
I
b
I
bIbIbIbIbI
REF
out
REFREFREFREF
out






















1
0
1
0
1
0
22
2
 e 2
2
n
i
i
i
n
i
i
if
n
REF
out
n
i
i
i
n
REF
out bPb
R
RV
Vb
R
V
I
 A corrente em cada resistor 2R é metade daquela no 
resistor anterior.
 Corrente que circula no resistor de realimentação 
depende da ligação das chaves, que são controladas 
pelos bits de entrada (entrada digital).
 A corrente total que circula na rede R-2R é constante, 
independente da posição das chaves! Isso faz com que 
a dissipação seja constante, o que provoca estabilização 
de temperatura: grande estabilidade e precisão.
Conversor DA – Rede R/2R
Conversor DA – Exemplo
Computador DAC.
.
.
Amplificador
de corrente
M
I
OUT
0-2 mA
0-1000 RPM
Simulação 1 – DAC:
Simulação 2 – ADC/DAC: