O mundo físico é analógico, mudando continuamente ao longo do tempo. Para compreendê-lo, as máquinas utilizam feedback de sensores, que precisa ser traduzido para a linguagem digital binária, composta por zeros e uns. Os conversores analógico-digital (ADCs) realizam essa tarefa, ajudando a conectar os mundos físico e digital.
Sensores que medem um parâmetro físico produzem um sinal de tensão proporcional à variação do input. Os ADCs capturam amostras desse sinal analógico em intervalos regulares e calculam valores discretos para aproximar o sinal em mudança.
O Critério de Nyquist Minimiza o Aliasing
O critério de Nyquist, também conhecido como teorema de amostragem de Nyquist–Shannon, estabelece que um sinal pode ser reconstruído com precisão a partir de suas amostras se a taxa de amostragem for pelo menos duas vezes maior que a maior frequência presente no sinal. Em outras palavras, ele define a taxa mínima de amostragem necessária para capturar todas as informações de um sinal sem perder detalhes, prevenindo um fenômeno chamado aliasing. Isso significa que, na maioria das aplicações, a frequência de amostragem deve variar de acordo com a velocidade de variação do parâmetro físico.
A resolução de um ADC, medida em bits, representa o número de valores discretos de amplitude disponíveis na saída digital. Quanto maior a resolução, menor é a variação de tensão necessária para alterar a saída digital em um bit menos significativo (LSB). O LSB em um número binário é o bit mais à direita, representando a menor potência de dois nesse número.
Alguns sinais físicos, como ondas sísmicas, possuem amplitudes muito pequenas, enquanto outros, como a vibração de um motor, podem ser bem maiores. Em ambos os casos, quanto menores as variações do sinal de entrada, maior deve ser a resolução do ADC.
Precisão do ADC
Devido aos valores discretos disponíveis na saída de um ADC, surge uma diferença entre o sinal analógico de entrada e a saída digital. Essas diferenças são chamadas de erros de quantização ou ruído de quantização. A relação entre esse ruído e o sinal desejado é conhecida como relação sinal-ruído (SNR, do inglês Signal-to-Noise Ratio), medida em decibéis (dB). Qualquer valor acima de 1 dB indica que há mais sinal desejado do que ruído.
A saída de um ADC preciso é uma representação muito próxima do sinal original. A precisão de um ADC pode ser melhorada aumentando a taxa de amostragem, o que permite medir frequências mais altas, ou aumentando a resolução, o que melhora a precisão na medição da amplitude do sinal analógico.
Tipos de ADCs
Existem três principais tipos de ADCs:
- ADCs Sigma-Delta (ΣΔ): utilizados em medições industriais de alta precisão, como monitoramento de pressão e temperatura.
- ADCs de Registro de Aproximação Sucessiva (SAR): particularmente adequados para aplicações em tempo real e multicanal, como sensores vestíveis ou controle de motores.
- ADCs Pipeline: devido à sua alta taxa de amostragem, são usados em sistemas de comunicação, aplicações de radar e imagem médica.
Conclusão
Os ADCs são uma parte essencial da cadeia de medição de sinais e a principal interface entre a eletrônica digital e o mundo analógico. Os engenheiros devem selecionar a tecnologia de conversão adequada e a resolução necessária de acordo com a aplicação pretendida.
Artigo escrito por Marcel Consée e publicado no blog da Mouser Electronics: What Is an ADC?
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
