Lab6

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.