Calculadora de Conversor ADC / DAC

Todo conversor analógico-digital e digital-analógico é definido por dois números: quantos bits de resolução ele tem e contra qual tensão de referência ele mede. Esta calculadora transforma esses dois valores em tudo o mais que você precisa ao escalar uma leitura no firmware — o tamanho do passo LSB, o código quantizado que uma tensão de entrada produz (em decimal, binário e hexadecimal), a tensão que um DAC reconstrói a partir de um código e quanta resolução você está de fato perdendo para a quantização.

Como usar

1. Defina a resolução em bits — 8, 10, 12 e 16 cobrem a maioria dos ADCs de microcontroladores; 24 e 32 cobrem componentes sigma-delta de áudio e precisão.
2. Insira a tensão de referência (Vref). Esta é a faixa de fundo de escala do conversor, não o trilho de alimentação — muitos componentes operam em 3,3 V, mas medem contra uma referência interna de 2,5 V ou 1,2 V.
3. Insira uma entrada analógica (Vin) para ver o código que um ADC produziria para ela.
4. Insira um código digital para ver a tensão que um DAC produziria para ele.

Configurações

• Convenção de fundo de escala — Vref / 2^N é a definição padrão e é o que quase todas as folhas de dados de ADC usam: o código máximo fica um LSB abaixo de Vref. Vref / (2^N − 1) coloca o código máximo exatamente em Vref, o que alguns códigos de escalonamento de DAC e PWM assumem. Escolher o errado gera um erro de um LSB no fundo de escala.
• Quantização do ADC — ADCs reais truncam: qualquer tensão dentro de um passo é mapeada para o código abaixo dela. Arredondar para o mais próximo modela a função de transferência ideal com um deslocamento de meio LSB aplicado, que é o que você obtém após a calibração em muitos componentes.

As fórmulas

• Níveis = 2^N, código máximo = 2^N − 1
• LSB = Vref / 2^N (ou Vref / (2^N − 1))
• Código ADC = floor(Vin / LSB), limitado a 0 … código máximo
• Tensão reconstruída = código × LSB
• Erro de quantização = Vin − tensão reconstruída, limitado a ±½ LSB
• SNR ideal (SQNR) = 6.02 × N + 1.76 dB

FAQ

Por que um bit extra só rende 6 dB?

Cada bit divide o LSB pela metade, o que divide o ruído de quantização pela metade — um fator de dois em amplitude equivale a 6,02 dB. É por isso que o SNR ideal avança em passos de ~6 dB: um conversor de 12 bits chega a cerca de 74 dB por mais limpa que seja o resto da sua cadeia de sinal.

Minhas leituras estão ruidosas nos dois últimos bits — é quantização?

Normalmente não. O erro de quantização é determinístico e limitado a meio LSB; ruído que varia por várias contagens costuma ser ruído de referência, queda no terra ou incompatibilidade de impedância de entrada com o sample-and-hold do ADC. Compare a variação com o valor ±½ LSB que esta calculadora reporta — se for muito maior, a resolução do conversor não é o seu limite.

Este modelo inclui offset, erro de ganho ou INL?

Não — esta é a matemática ideal da quantização, que é o que você quer para verificações de escalonamento em firmware e para comparar escolhas de resolução e tensão de referência. Offset real, erro de ganho, não-linearidade integral/diferencial e ruído vêm da folha de dados do componente e se somam a esses números.

Ferramentas relacionadas

Para o divisor resistivo que normalmente fica na frente de uma entrada de ADC, use a Calculadora de Divisor de Tensão. Se você está acionando um nível analógico com uma saída PWM filtrada em vez de um DAC, a Calculadora de Frequência e Ciclo de Trabalho de PWM cobre esse lado. Para converter um código bruto para outra base manualmente, veja o Conversor de Base de Números Inteiros.

Privacidade

Todos os cálculos são executados inteiramente no seu navegador — nada do que você insere é enviado a um servidor.