Sistemas de Aquisio de Dados

Sistemas de Aquisio de DadosMetrologia e Instrumentao

Marcelo barrosPrincpios BsicosUm sistema de aquisio de dados permite transformar os sinais analgicos em digitais, com posterior interpretao e manipulao dos dados digitalmente (Balbinot)

Filtro AntialisingCircuito capaz de eliminar ou reduzir as frequncias desnecessrias, reduzindo a largura de banda do circuito e minimizando rudos

Circuito Sample and HoldSample and hold: segura o sinal por um tempo para que a amostragem seja feita, isto , mantem o valor da entrada (V) constante pelo tempo de converso (tc)Espera-se que a incerteza de converso, durante o tempo utilizado, seja menor que 1 LSB (bit menos significativo), ou seja:

M = Margem da tenso de entradan = Quantidade de bits do ADCCircuito Sample and HoldQual a frequncia mxima de um sinal de entrada senoidal com amplitude A admitindo-se incerteza mxima de 1 LSB ?Pior caso (menor frequncia):Circuito Sample and HoldADC de 12 bits, tempo de converso de 25us, incerteza de 1 LSB, sinal condicionado para 0 a 3,3V (A = 1,65V) e ADC configurado para ler na faixa de 0 a 3,3V (M = 3,3V):Ou seja, sem que o valor analgico seja mantido por um determinado tempo, o que se consegue amostrar com incerteza de 1 LSB so apenas sinais muito lentos !S&HADCCircuito Sample and HoldAD783:Tempo de amostragem de 250nsDroop rate de 0,02uV/usAperture Jitter: 20 ps

Ateno: 3,88657 MHz a frequncia mxima que pode ser amostrada com a preciso de 1 LSB1/250n = 4MHz a mxima frequncia de amostragem, de acordo com o fabricante (0,01%)Amostragem

Processo de amostragemSinal amostradosegundo teoremaDe NyquistSinal amostradosem obedecerNyquistA reconstruo do sinal via Fourier gera a repetio do sinal amostrado no domnio da frequncia, com o sinal aparecendo a cada harmnica da frequncia de amostragem8AmostragemRegras para amostragem:Filtrar o sinal na entrada para evitar que a frequncia de corte selecionada seja ultrapassadaUsar um valor de frequncia de amostragem levemente mais altoAnalisar adequadamente para a sua aplicao o tempo de hold, no somente o tempo de amostragemQuantizadorO quantizador ir representar o sinal amostrado por um conjunto finito de valoresA resoluo dependente do nmero de bits do ADC (8, 12, 16, 24...), sendo o tamanho do passo definido como:

Exemplo:

M = 3,3V, ADC de 12 bits, gera um passo de 0,806mVErro de QuantizaoDevido ao processo de quantizao, o valor de sada ter uma incerteza de LSB/2 como valor de pico, chamada de erro de quantizaoO valor usado para a incerteza , no entanto, o valor RMS deste erro, dado por:

Erro de QuantizaoQuantizao100010230Resoluo de 0,1Caractersticas bsicas de ADCsResoluo ou erro de quantizao (quantidade de bits)Tempo de conversoTaxa de converso (em geral, o inverso do tempo de converso, mas nem sempre)Estabilidade temperaturaMicrocontroladoresS&HADCS&HS&HS&HEm geral, um ADC e vrios estgios de Sample&Hold, sendo amostradosCiclicamente pelo controladorTipos de ADCsAproximaes sucessivas (SAR)TrackingIntegradorFlashSubfaixaPipelinedOversampling (Sigma-Delta)ADC (SAR)Vantagens: Baixo custo e velocidadeDesvantagens:preciso e linearidade limitadas em funo do DAC

ADC (Tracking)Vantagens: Baixo custoDesvantagens:LentidoPreciso e linearidade limitadas em funo do DAC

ADC (Integrador)Vantagens: Preciso, linearMuito usado quando no se precisa de velocidadeDesvantagens:LentidoPreciso e linearidade limitadas em funo do DAC

- CH1 conecta V1 e carrega o capacitor com o valor a ser amostrado- Depois CH1 conectado a Vref e o valor de tenso do capacitor comparado com a referncia- O contador estima o tempo para a comparao se igualar, durante a descarga do capacitor, gerando o valor de sada19ADC (Flash)Vantagens: Muito rpidoDesvantagens:Caro (2n-1 comparadores)Resoluo geralmente baixaMuitos comparadores: maior potncia, maior rea

ADC (Sub-faixa)Vantagens: ainda relativamente rpida, com uso de (2(n/2)-1)*2 comparadoresDesvantagens: reduz bastante os problemas de um ADC flash normal, mas ainda com problemas similares.

ADC (Pipelined)Emprega o conceito de pipelining para conseguir taxas ainda maiores de converso

ADC (Sigma-Delta)Vantagens: Baixo custo, alta resoluo e baixa potncia

Tenso de entrada convertida atravs de um ADC de 1 bit a uma taxa muito alta

23RefernciaInstrumentao e Fundamentos de Medidas, Alexandre Balbinot e Valner Joo B., Editora LTC, Volume I, 2 EdioHow delta-sigma ADCs work (Part 1 and 2), Texas Instruments, Application Notes