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LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS Experimento n° 6 – Conversores Analógico/Digital Este experimento tem por objetivo analisar o funcionamento de conversores A/D nas topologias Paralelo e Rampa Dupla com o auxílio do PSpice. Utilizando o simulador de circuitos do OrCAD (Capture CIS), inicie um novo projeto (tipo: “Analog or Mixed-Signal Circuit Wizard”), desenhe o circuito abaixo e efetue as medidas (simulações) necessárias à análise do conversor. a) Conversor A/D paralelo de 3 bits: − Determine os valores dos resistores R1 à R8 de acordo com os conceitos vistos em aula teórica (utilize resistores dentro da faixa de 1kΩ à 10kΩ) − Efetue a análise transiente e analise a palavra digital de saída para Vin=0V, 0.5V, 1V e 2V. − Aplique em Vin uma onda quadrada (VPULSE) de 2Vpico, freqüência de 1MHz e tempos de subida e descida inferiores à 1ns. Analise o tempo necessário à estabilização da palavra digital a partir da transição de Vin. 4 2Vdc + R9 V+ 500 - V- 0 U5A 4 6 R7 3 G V- 5 12 OUT 11 LM319 0 + 5Vdc V3 V4 R10 V+ 5Vdc V+ R8 ? V+ V+ V+ U7A 11 Comparadores de tensão Vref 0 4 R4 11 V+ V+ U2A + LM319 5 - 6 R2 V+ + LM319 5 - OUT G V- ? V- R1 V6 0 U1A 11 3 0 - G V- 12 R13 500 OUT LM319 3 G 12 V+ + 5 OUT R14 12 3 0 10 11 12 13 1 2 3 4 5 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 EI A0 A1 A2 GS EO 9 7 6 bit 0 (LSB) bit 1 bit 2 (MSB) 14 15 74HC148 Codificador de prioridade 8->3 500 0 R15 500 0 6 ? 3 500 V- 12 11 U6A 4 - 4 V+ ? 5 G V- R3 LM319 OUT V- ? V+ + U8 0 R12 V+ 4 6 R5 0 U3A R11 500 V- V- ? 3 G 0 6 - 3 V- 11 5 G V- 12 OUT V- ? - 12 V+ LM319 5 V- R6 V+ + 6 4 OUT LM319 V+ U4A 11 500 ? Vin ? 0 0 Obs: O Pspice possibilita a análise de circuitos mistos analógicos e digitais, sendo adequado para a análise de conversores A/D. A simulação é feita de forma análoga às puramente analógicas. A visualização dos diversos sinais é obtida em dois gráficos distintos, um para sinais analógicos e outro para os digitais, ambos com a mesma escala de tempo. Os sinais gerados pelos circuitos digitais são representados apenas pelos níveis lógicos "0" e "1", correspondendo respectivamente às tensões 0V e 5V para os circuitos utilizados neste experimento. LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS b) Conversor A/D de rampa dupla de 10 bits: − Para o circuito abaixo, utilizando os conceitos vistos em aula teórica, calcule o valor de Cint de modo que a tensão de pico na saída do integrador (Vint) esteja entre -3V e -4V quando Vin=2V (utilize os valores fornecidos de Rint e fck). Dado: p/ Vin=-Vref => T1=T2 − Efetue a análise transiente e analise a palavra digital de saída e os tempos de conversão (T0, T1 e T2) para Vin=0V, 0.5V, 1V e 2V. Obs: A fck (freqüência de clock) define o período (PER) da fonte de tensão pulsada Vck. Comparador S S3 0 5 - G 12 1 3 2 3 Cint R5 S4 S V- 10k + - VON = 4.0V 0 VOFF = 3.0V 0 0 V+ Vck + - VON = 0.6V VOFF = 0.5V R6 10k C5 1n 0 V1 = 0 V2 = 5 TD = 0 TR = 1n TF = 1n PW = 0.5u PER = ? 74HC08 10 QA QB QC QD CLKQE QF QG QH QI QJ QK QL 74HC4040 S S2 + VON = 4.0V VOFF = 3.0V 0 LM319 OUT U3A 6 V- + - - + 2Vdc + - 0 - Rint 4 Vref 0 500 CLR 2 1 + U4 R4 9 7 6 5 3 2 4 13 12 14 15 1 1 3 D1 2 D1N4148 V1 V2 V+ R7 V- 5Vdc 5Vdc Vreset 1k 0 0 0 V1 = -5 V2 = 2 TD = 0 TR = 1n TF = 1n PW = 10u PER = 1 bit 0 (LSB) bit 1 bit 2 bit 3 bit 4 bit 5 bit 6 bit 7 bit 8 bit 9 (MSB) U5A 11 LF412 OUT V+ 8 0 + 4 U2A Contador + Lógica de controle 10k V- Vin U1A V+ 3 S1 S R2 2k V+ - - + 0 R3 V+ 11 C4 1n V- VON = 0.0V VOFF = 2.0V + - Integrador 74HC32 RELATÓRIO : a) Conversor A/D paralelo de 3 bits: 1. Compare os valores da palavra digital (em binário) obtidos na simulação com os esperados teoricamente, para Vin=0V, 0.5V, 1V e 2V. Para cada caso calcule o Eq (erro de quantização). 2. De acordo com o resultado da simulação com Vin="onda quadrada", determine o tempo total de conversão e identifique os principais elementos responsáveis por essa limitação. Nesta topologia, esse tempo depende da tensão de entrada e do número de bits do conversor? b) Conversor A/D de rampa dupla de 10 bits: 1. Apresente os cálculos utilizados na determinação de Cint e faça um esboço da tensão de saída do integrador (Vint) durante um ciclo de conversão para Vin=1V. 2. Compare os valores da palavra digital (em binário) obtidos na simulação com os esperados teoricamente, para Vin=0V, 0.5V, 1V e 2V. Caso hajam diferenças, identifique as principais fontes de erro. 3. Apresente o tempo total de conversão para cada valor de Vin. Dados os seguintes parâmetros, determine se eles influenciam ou não o tempo total de conversão: Vin, fck, Rint, Cint, n (numero de bits do conversor). OBS: Entrega do relatório no final da aula.