Conversão analógica-digital de integração de alta velocidade - Cura, José Luis Vieira (2021)
A conversão de sinais analógicos numa forma digital constitui desde há muito uma importante área de investigação. Os conversores analógico-digitais (A/D), inicialmente implementados de uma forma discreta ou híbrida, são hoje realizados num único circuito integrado. Vários tipos de conversores foram surgindo ao longo dos anos como reflexo da própria evolução verificada nas tecnologias de integração. O baixo custo, a grande velocidade e a possibilidade de integração das interfaces analógicas com circuitos de processamento de sinal possíveis com a tecnologia CMOS actual, tornam esta tecnologia preferível relativamente a outras há muito estabelecidas, como a bipolar. A realização em CMOS de conversores analógico-digitais de elevada resolução ou elevada taxa de conversão, sobretudo através de técnicas que permitam obter um maior desempenho, tem constituído um importante desafio à investigação. Os conversores de integração, caracterizados pela sua simplicidade e elevada resolução, são um dos primeiros tipos de conversores A/D conhecidos. Nestes conversores, o sinal de entrada é convertido num intervalo de tempo que é posteriormente medido por contagem do número de impulsos de relógio que cabem nesse intervalo. Limitações tecnológicas impõem um limite máximo para a frequência desse relógio o que torna este tipo de conversor demasiado lento e de aplicação muito limitada. Trata-se de um caso onde a possibilidade de adopção de novas técnicas, a ser possível, permite expandir a sua gama de aplicação. Nesta tese é feita uma revisão das arquitecturas e forma de implementação dos conversores A/D de integração; são também introduzidas algumas técnicas que permitem uma diminuição significativa do seu tempo de conversão, sem prejuízo das suas características de elevada linearidade e resolução. Estas técnicas baseiam-se na interpolação do sinal de relógio utilizando uma cadeia de atrasos realimentada por forma a manter o sincronismo com um sinal de referência. O tempo de conversão mantém-se igual a 2n unidades de contagem, com n o número de bits do conversor, mas em que esta unidade é agora da ordem do nanosegundo, correspondendo a um relógio efectivo da ordem do gigahertz. A concretização de um sistema de conversão A/D de integração de alta velocidade em tecnologia CMOS permite demonstrar a viabilidade prática do tipo de técnicas propostas. O conversor implementado pode ser utilizado em circuitos de telecomunicações na gama das audio-frequências, embora o seu limite de aplicação seja para frequências de amostragem significativamente superiores às que esta aplicação exige.