ADC (Conversor Analógico Digital) - Parte 2 - Aproximação Sucessiva

Uma forma bastante comum de implementar um ADC é através de aproximação sucessiva. Como veremos, este método fornece um resultado preciso com um circuito de (relativo) baixo custo, em troca de um tempo maior de conversão.

Diagrama de Blocos - Adaptado de https://en.wikipedia.org/wiki/Successive-approximation_ADC

A base para os ADCs é o comparador analógico, que compara dois sinais analógicos e indica se um deles é maior ou não que o outro. O comparador analógico é, portanto, um ADC de um bit.

Na aproximação sucessiva, é usado um único comparador onde um dos sinais é a tensão a ser medida e o outro é uma tensão que irá variar durante a conversão. Para cada valor na entrada será determinado um bit do resultado. Para gerar a tensão variável, é usado um DAC - conversor analógico digital. Este conversor irá gerar a tensão correspondente à aproximação atual do resultado.

Para exemplificar, vamos considerar um ADC de 4 bits, uma referência de 4,0V e uma tensão a ser medida de 1,2V. A tabela abaixo mostra os passos para obter o resultado (0 na saída do comparador indica que a tensão a medir é menor que a saída do DAC):

As sucessivas aproximações funcionam como uma busca binária, em cada tentativa é determinado um bit do resultado. Reparar que temos um erro de quantização: o resultado final (0100) corresponde a 1,0V. Isto porque o resultado é em unidades de 0,25V (4V/16). O acréscimo de mais dois bits forneceria um resultado mais preciso (010011 = 1,1875), porém aumentaria o tempo de conversão.

Para não introduzir mais erros, é importante que o valor de entrada não mude muito durante o tempo de conversão. Por este motivo é usado um circuito "sample and hold" que amostra o sinal no início da conversão e o mantém constante durante ela.