Conteúdo
· Conversor analógico para digital (ADC)
· Princípio de funcionamento de um conversor analógico para digital
· Símbolo elétrico do conversor analógico para digital
· Tipos de conversor analógico-digital e explicações
· Aplicações de conversor analógico para digital
· Teste de um conversor analógico-digital
· Um ADC IC
Definição e visão geral do conversor analógico para digital
Um conversor analógico para digital é um dispositivo eletrônico. Como o nome prevê, o sinal analógico fornecido é convertido em um sinal digital que é produzido na saída. Sinais analógicos, como voz gravada por um microfone, podem ser convertidos em um sinal digital usando um conversor analógico para digital.
Um conversor analógico para digital também é conhecido como conversor ADC e A para D, etc.
Trabalho de um conversor analógico para digital
Um sinal analógico é definido como o sinal contínuo no tempo e de amplitude contínua. Ao mesmo tempo, um sinal digital é definido como o sinal de tempo discreto e de amplitude discreta. Um sinal analógico é convertido em sinal digital com a ajuda de um conversor analógico-digital. O transformação tem várias etapas, como amostragem, quantização e outros. O processo não é contínuo; em vez disso, é periódico e limita a largura de banda permitida do sinal de entrada.
Um conversor analógico-digital funciona com base no Nyquist-Shannon Teorema de Amostragem. Ele afirma que – um sinal de entrada pode ser recuperado de sua saída amostrada se a taxa de amostragem for duas vezes maior ou igual ao componente de frequência mais alta presente no sinal de entrada.
Existem vários parâmetros para medir o desempenho de um conversor analógico para digital. A largura de banda do sinal de saída e a relação sinal / ruído são alguns dos parâmetros.
Símbolo elétrico de um ADC
O símbolo abaixo representa um conversor analógico para digital (ADC).
Tipos de conversores analógico para digital
A conversão de sinais analógicos de entrada em sinais digitais pode ser obtida através de diferentes processos. Vamos discutir alguns dos tipos em detalhes -
A. Flash ADC
Flash ADC é conhecido como conversor de analógico para digital do tipo de conversão direta. É um dos tipos mais rápidos de conversores analógico-digital. Ele compreende uma série de comparadores com os terminais inversores conectados a uma escada divisora de tensão e os terminais não inversores conectados ao sinal de entrada analógico.
Como mostra o circuito, uma escada de resistores bem combinados é conectada com uma referência ou tensão de limiar. Um comparador é usado em cada torneira da escada dos resistores. Em seguida, há uma etapa de amplificação e, em seguida, o código é gerado em valores binários (0 e 1). Um amplificador também é usado. O amplificador amplifica a diferença de voltagem dos comparadores e também suprime o deslocamento do comparador.
Se a tensão medida estiver acima da tensão limite, a saída binária será um, e se a tensão medida for menor que o trabalho binário será 0.
ADCs aprimorados recentemente são modificados com sistemas de correção de erros digitais, calibrações de deslocamento e também são de tamanho menor. ADCs agora estão disponíveis em circuitos integrados (ICs).
Este tipo de conversor analógico-digital possui uma alta taxa de amostragem. Assim, tem aplicações em dispositivos de alta frequência. Detecção por meio de radares, rádios de banda larga, diversos equipamentos de teste são alguns deles. A memória Flash NAND também usa conversores analógico-digital do tipo flash para armazenar até 3 bits em uma célula.
Os ADCs do tipo Flash são mais rápidos em velocidade de operação, simples em circuitos e a conversão coincide em vez de sequencialmente. Porém, isso requer um número considerável de comparações do que os diferentes tipos de ADCs.
B. Tipo de aproximação sucessiva ADC
O tipo de aproximação sucessiva ADC é outro tipo de conversor analógico-digital que usa busca binária por meio de níveis de quantização antes da conversão para o domínio digital.
Todo o processo é dividido em diferentes subprocessos. Existe um circuito amplo e seguro, que recebe a entrada analógica, Vin. Então há um comparador que compara a tensão analógica de entrada com o conversor digital-analógico interno. Há também um registrador de aproximação sucessiva (SAR), que recebe a entrada como pulso de clock e dados do comparador.
O SAR é inicializado principalmente para tornar o MSB (bit mais significativo) como lógico alto ou 1. Esse código é fornecido ao conversor digital-analógico, que fornece ainda o analógico equivalente ao circuito comparador em comparação com o sinal de entrada analógico amostrado. Se a tensão for maior que a tensão de entrada, o comparador redefine o bit. Caso contrário, o bit é deixado como está. Depois disso, o próximo bit é definido como digital e todo o processo é feito novamente até que todos os bits do registro de aproximação sucessiva sejam testados. A saída final é a versão digital do sinal de entrada analógica.
Existem dois tipos de conversores de analógico para digital de tipos de aproximação sucessiva. Eles são - tipo de contador e tipo de rastreamento de servo.
Esses tipos de ADCs fornecem os resultados mais precisos do que outros tipos de ADC.
Crédito da imagem: White Flye, Diagrama de bloco SA ADC, CC BY-SA 2.5
C. Tipo de integração ADC
Como o nome indica, este tipo de ADCs converte o sinal analógico de entrada de amplitude contínua e de tempo contínuo em um sinal digital usando um integrador (um integrador) para aplicar um amplificador operacional que recebe um sinal de entrada usual e fornece um sinal de saída integrado no tempo).
Uma tensão de entrada analógica não identificada é aplicada no terminal de entrada e pode aumentar por um determinado período, conhecido como período de aceleração. Uma tensão de referência pré-determinada de polaridade oposta é então aplicada ao circuito integrador. Isso também pode aumentar até e a menos que o integrador forneça a saída como zero. Esse tempo é conhecido como período de degradação.
O tempo de parada é geralmente medido em unidades do relógio do ADC. Portanto, maior tempo de integração resulta em maior resolução. A velocidade desse tipo de conversor pode ser melhorada comprometendo-se com a solução.
Como a velocidade e a resolução são inversamente proporcionais, este tipo de conversores não encontra aplicações de processamento de sinal digital ou processamento de áudio. De preferência, eles são usados em medidores de medição digital (amperímetros, voltímetros, etc.) e outros instrumentos onde a alta precisão é crucial.
Este tipo de ADCs tem dois tipos - conversor analógico para digital com balanceamento de carga e ADC de inclinação dupla.
D. Wilkinson ADC
- DH Wilkinson projetou este tipo de conversor analógico-digital pela primeira vez no ano de 1950.
No início, o capacitor é carregado. Um comparador verifica essa condição. Depois de chegar ao nível especificado, agora o capacitor começa a descarregar linearmente, produzindo um sinal de rampa. Nesse ínterim, um pulso de porta também é iniciado. O pulso do gate permanece ativo pelo resto do tempo enquanto o capacitor descarrega. Este pulso de porta opera ainda uma porta linear que ainda recebe entrada de um relógio oscilador de alta frequência. Agora, quando o pulso do gate está LIGADO, vários pulsos do clock estão sendo contados pelo registrador de endereço.
E. Conversor analógico para digital de alongamento de tempo (TS - ADC):
Este tipo de conversor analógico-digital funciona em uma tecnologia combinada de eletrônica e outras tecnologias.
Ele pode digitalizar um sinal de largura de banda muito alta que não pode ser feito usando um ADC comum. Isso geralmente é denominado como “digitalizador de alongamento de tempo fotônico”.
Não é apenas analógico para digital, mas também é usado para equipamentos de alto rendimento em tempo real, como imagens e espectroscopia.
Existem vários outros tipos de outros conversores analógico-digital.
- O ADC codificado por Delta
- O ADC Pipelined,
- O Sigma-delta ADC,
- Os ADCs intercalados no tempo, etc.
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Aplicações de ADC
O conversor analógico para digital é um dos dispositivos eletrônicos mais importantes da era moderna. Esta é uma era de digitalização, mas nosso mundo é analógico em tempo real. Converter dados analógicos no domínio digital é a necessidade desta hora. É por isso que são tão importantes. Algumas das aplicações significativas de um ADC são -
A. Processamento de sinal digital
– Os conversores analógico para digital são essenciais para editar, modificar, processar, armazenar e transportar dados do campo analógico para a área digital. Microcontroladores, osciloscópios digitais e softwares críticos encontram aplicações neste domínio. Dispositivos como osciloscópios digitais pode armazenar formas de onda para uso posterior, enquanto um osciloscópio analógico não pode.
B. Microcontroladores
- Microcontroladores tornam um dispositivo inteligente. Atualmente, quase todos os microcontroladores possuem conversores analógico para digital dentro deles. O exemplo mais comum pode ser o Arduino. (Ele é construído em um microcontrolador ATMega328p) O Arduino fornece uma função útil de 'analogRead ()', que recebe sinais de entrada analógica e retorna dados digitais gerados pelo ADC.
C. Instrumentos Científicos
- Os ADCs são úteis para fazer vários instrumentos e sistemas eletrônicos necessários. A imagem digital para a digitalização de pixels, tecnologias de radar e muitos sistemas de sensoriamento remoto é um exemplo. Dispositivos como sensores produzem um sinal analógico para medir temperatura, intensidade de luz, sensibilidade à luz, umidade do ar, pressão do ar, pH de uma solução, etc. Todas essas entradas analógicas são convertidas por ADC para gerar uma saída digital proporcional.
D. Processamento de Áudio:
-ADC tem uma aplicação vital no campo do processamento de áudio. A digitalização da música melhora a qualidade da música. Vozes analógicas são gravadas através de microfones. Em seguida, eles são armazenados em plataformas digitais usando um ADC. Muitos estúdios de gravação de músicas gravam em PCM ou DSD e depois amostrados para produções de áudio digital. Eles são usados para transmissão em televisões e rádios.
Teste de um conversor analógico para digital
Para testar um conversor analógico-digital, em primeiro lugar, precisamos de uma fonte de tensão de entrada analógica e equipamentos eletrônicos para enviar e controlar os sinais e receber os dados de saída digital. Alguns dos ADCs também requerem uma fonte de sinais de referência. Existem alguns parâmetros para testar um ADC.
Alguns deles são -
- Relação sinal-ruído (SNR),
- Distorção harmônica total (THD),
- Não linearidade integral (INL),
- Erro de deslocamento DC,
- Erro de ganho DC,
- Dissipação de energia, etc.
CI ADC
ADCs estão disponíveis comercialmente como ICs no mercado. Alguns dos ICs ADC comumente usados são ADC0808, ADC0804, MPC3008, etc. Eles encontram aplicativos em dispositivos como Rasberry pi e outros processadores ou eletrônica digital circuitos onde um ADC é necessário.
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Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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