Conversor analógico-digital - finalidade, classificação e princípio de funcionamento

Um dispositivo eletrônico chamado conversor analógico-digital (ADC) é usado para converter um sinal analógico em um sinal digital (em uma sequência de tipo de código binário legível). No processo de conversão de um sinal analógico para digital, são implementados: amostragem, quantização e codificação.

A amostragem é entendida como a coleta de amostras de um sinal analógico contínuo no tempo de valores individuais (discretos) que caem em momentos de tempo associados a certos intervalos e durações de sinais de relógio que se sucedem.

A quantização envolve o arredondamento do valor de um sinal analógico selecionado durante a amostragem para o nível de quantização mais próximo, e os níveis de quantização têm seu próprio número de sequência, e esses níveis diferem entre si por um valor delta fixo, que nada mais é do que o passo de quantização.

Estritamente falando, a amostragem é o processo de representar uma função contínua como uma série de valores discretos, e a quantização é a divisão de um sinal (valores) em níveis. Quanto à codificação, aqui a codificação é entendida como uma comparação dos elementos obtidos como resultado da quantização com uma combinação predeterminada de códigos.

Existem muitos métodos de conversão de tensão em código. Além disso, cada um dos métodos possui características individuais: precisão, velocidade, complexidade. De acordo com o tipo de método de conversão, os ADCs são classificados em três

• em paralelo

• consistente,

• serial-paralelo.

Para cada método, o processo de transformação de um sinal ao longo do tempo ocorre à sua maneira, daí o nome. As diferenças estão em como a quantização e a codificação são executadas: um procedimento serial, paralelo ou serial-paralelo para aproximar um resultado digital do sinal convertido.

O diagrama de um conversor analógico-digital paralelo é mostrado na figura. ADCs paralelos são os conversores analógico-digitais mais rápidos.

O número de dispositivos eletrônicos de comparação (o número total de comparadores DA) corresponde à capacidade do ADC: três comparadores são suficientes para dois bits, sete para três, 15 para quatro, etc. O divisor de tensão do resistor é projetado para definir uma faixa de tensões de referência constantes.

A tensão de entrada (o valor desta tensão de entrada é medido aqui) é simultaneamente aplicada às entradas de todos os comparadores e comparada com todas as tensões de referência daqueles que este divisor resistivo permite obter.

Aqueles comparadores cujas entradas não inversoras são alimentadas com uma tensão maior que a referência (aplicada pelo divisor à entrada inversora) darão uma lógica na saída, o restante (onde a tensão de entrada for menor que a referência ou igual a zero) dará zero.

Em seguida, um codificador é conectado, sua tarefa é converter uma combinação de uns e zeros em um código binário padrão e adequadamente compreendido.

Os circuitos ADC para conversão serial são menos rápidos que os circuitos conversores paralelos, mas têm um projeto elementar mais simples: usam um comparador, lógica AND, um relógio, um contador e um conversor digital-analógico.

A figura mostra um diagrama desse ADC. Por exemplo, enquanto a tensão medida aplicada na entrada do circuito comparador é maior que o sinal de rampa da segunda entrada (referência), o contador conta os pulsos do gerador de clock. Acontece que a tensão medida é proporcional ao número de pulsos contados.

Existem também ADCs paralelos em série, onde o processo de conversão de um sinal analógico em um sinal digital é separado no espaço, de modo que a velocidade máxima de compensação é alcançada com complexidade mínima.