- O que é um ADC de aproximação sucessiva?
- Trabalho de ADC de aproximação sucessiva
- Tempo de conversão, velocidade e resolução de ADC de aproximação sucessiva
- Vantagens e desvantagens do ADC de aproximação sucessiva
- Aplicações de SAR ADC
Um conversor analógico para digital (ADC) é um tipo de dispositivo que nos ajuda a processar os dados caóticos do mundo real de um ponto de vista digital. Para entender os dados do mundo real como temperatura, umidade, pressão, posição, precisamos de transdutores, todos medem certos parâmetros e nos dão um sinal elétrico de volta na forma de voltagem e corrente. Como a maioria de nossos dispositivos hoje em dia é digital, torna-se necessário converter esses sinais em sinais digitais. É aí que entra o ADC, embora existam muitos tipos diferentes de ADCs por aí, mas neste artigo, vamos falar sobre um dos tipos de ADC mais usados, que são conhecidos como ADC de aproximação sucessiva. Em um artigo anterior, falamos sobre a base do ADC com a ajuda do Arduino. Você pode verificar isso se for novo em eletrônica e quiser aprender mais sobre ADC.
O que é um ADC de aproximação sucessiva?
O Successive Approximation ADC é o ADC de escolha para aplicações de baixo custo de média a alta resolução, a resolução para SAR ADCs varia de 8 a 18 bits, com velocidades de amostra de até 5 megamamostras por segundo (Msps). Além disso, ele pode ser construído em um formato pequeno com baixo consumo de energia, razão pela qual esse tipo de ADC é usado para instrumentos portáteis alimentados por bateria.
Como o nome indica, este ADC aplica um algoritmo de busca binária para converter os valores, razão pela qual os circuitos internos podem estar operando em vários MHZ, mas a taxa de amostragem real é muito menor devido ao algoritmo de aproximação sucessiva. Discutiremos mais sobre isso posteriormente neste artigo.
Trabalho de ADC de aproximação sucessiva
A imagem da capa mostra o circuito ADC de aproximação sucessiva básica. Mas para entender o princípio de funcionamento um pouco melhor, vamos usar uma versão de 4 bits dele. A imagem abaixo mostra exatamente isso.
Como você pode ver, este ADC consiste em um comparador, um conversor digital para analógico e um registro de aproximação sucessivo junto com o circuito de controle. Agora, sempre que uma nova conversa começa, o circuito de amostragem e retenção faz a amostragem do sinal de entrada. E esse sinal é comparado com o sinal de saída específico do DAC.
Agora, digamos que o sinal de entrada amostrado seja de 5,8V. A referência do ADC é 10V. Quando a conversão começa, o registro de aproximação sucessiva define o bit mais significativo para 1 e todos os outros bits para zero. Isso significa que o valor se torna 1, 0, 0, 0, o que significa que, para uma tensão de referência de 10 V, o DAC produzirá um valor de 5 V que é a metade da tensão de referência. Agora, essa tensão será comparada com a tensão de entrada e com base na saída do comparador, a saída do registro de aproximação sucessiva será alterada. A imagem abaixo vai esclarecer mais isso. Além disso, você pode consultar uma tabela de referência genérica para obter mais detalhes sobre o DAC. Anteriormente, fizemos muitos projetos em ADCs e DACs, você pode conferi-los para obter mais informações.
Isso significa que se Vin for maior que a saída do DAC, o bit mais significativo permanecerá como está e o próximo bit será definido para uma nova comparação. Caso contrário, se a tensão de entrada for menor que o valor DAC, o bit mais significativo será definido como zero e o próximo bit será definido como 1 para uma nova comparação. Agora, se você vir a imagem abaixo, a tensão DAC é 5V e como é menor que a tensão de entrada, o próximo bit antes do bit mais significativo será definido como um, e os outros bits serão definidos como zero, este processo continuará até o valor mais próximo ao alcance da tensão de entrada.
É assim que a aproximação sucessiva ADC muda 1 bit por vez para determinar a tensão de entrada e produzir o valor de saída. E qualquer que seja o valor em quatro iterações, obteremos o código digital de saída do valor de entrada. Finalmente, uma lista de todas as combinações possíveis para um ADC de aproximação sucessiva de quatro bits é mostrada abaixo.
Tempo de conversão, velocidade e resolução de ADC de aproximação sucessiva
Tempo de conversão:
Em geral, podemos dizer que para um ADC de N bits, levará N ciclos de clock, o que significa que o tempo de conversão deste ADC se tornará-
Tc = N x Tclk
* Tc é a abreviatura de Conversion Time.
E ao contrário de outros ADCs, o tempo de conversão deste ADC é independente da tensão de entrada.
Como estamos usando um ADC de 4 bits, para evitar os efeitos de aliasing, precisamos coletar uma amostra após 4 pulsos de clock consecutivos.
Velocidade de conversão:
A velocidade de conversão típica desse tipo de ADC é em torno de 2 a 5 Mega Amostras por Segundo (MSPS), mas há poucos que podem chegar a até 10 (MSPS). Um exemplo seria LTC2378 da Linear Technologies.
Resolução:
A resolução deste tipo de ADC pode ser em torno de 8 - 16 bits, mas alguns tipos podem ir até 20 bits, um exemplo pode ser ADS8900B da Analog Devices.
Vantagens e desvantagens do ADC de aproximação sucessiva
Este tipo de ADCs tem muitas vantagens sobre os outros. Possui alta precisão e baixo consumo de energia, sendo fácil de usar e possui baixo tempo de latência. O tempo de latência é o tempo de início da aquisição do sinal e o tempo em que os dados estão disponíveis para buscar no ADC, normalmente esse tempo de latência é definido em segundos. Mas também algumas planilhas se referem a este parâmetro como ciclos de conversão, em um ADC particular, se os dados estiverem disponíveis para busca em um ciclo de conversão, podemos dizer que tem uma latência de ciclo de conversação. E se os dados estiverem disponíveis após N ciclos, podemos dizer que tem uma latência de ciclo de conversão. Uma grande desvantagem do SAR ADC é a complexidade do projeto e o custo de produção.
Aplicações de SAR ADC
Como esse é um ADC usado com mais frequência, ele é usado para muitas aplicações, como em dispositivos biomédicos que podem ser implantados no paciente, esses tipos de ADCs são usados porque consomem muito menos energia. Além disso, muitos smartwatches e sensores usavam esse tipo de ADC.
Em resumo, podemos dizer que as principais vantagens desse tipo de ADC são baixo consumo de energia, alta resolução, formato pequeno e precisão. Este tipo de caractere o torna adequado para sistemas integrados. A principal limitação pode ser sua baixa taxa de amostragem e as peças necessárias para construir este ADC, que é um DAC, e um comparador, ambos devem trabalhar com muita precisão para obter um resultado preciso.