Milivolts para Microvolts: LSB do ADC e ajuste de ganho

Lendo uma faixa em milivolts como microvolts por contagem do conversor A/D

Um sinal deixa de ser um problema em milivolts no instante em que você o compara com um único código do conversor A/D. Divida a referência por 2ⁿ e a resposta cai na casa dos microvolts — então é nessa unidade que a faixa do seu sensor precisa estar antes de você dizer quantas contagens ela vai mover.

Fator de conversão: 1 mV = 1.000 µV — multiplique os milivolts por 1.000. Exemplo prático: uma saída de ponte de 4,7 mV são 4.700 µV. Num conversor de 12 bits com referência de 3,3 V, 1 LSB é 3,3 V ÷ 4.096 = 805,7 µV, então essa faixa inteira move o código em cerca de 5,8 contagens.

O papel de cada uma das duas unidades aqui

As faixas chegam em milivolts

Uma célula de carga de 2 mV/V com excitação de 5 V dá 10 mV de fundo de escala, um shunt de corrente dá 75 mV, e um termopar tipo K, cerca de 41 µV por °C.

Um código cai na casa dos microvolts

LSB = V_ref ÷ 2ⁿ: em 3,3 V isso dá 805,7 µV num conversor de 12 bits e 50,4 µV num de 16 bits — pequeno demais para o milivolt continuar prático.

O ganho liga as duas pontas

Ganho é uma razão entre faixas: faixa de entrada ÷ faixa do sensor. Colocar os dois lados na mesma unidade primeiro é o que evita um escorregão de fator 1.000 no projeto do amplificador.

Da faixa da folha de dados aos microvolts em quatro passos

Digite a faixa direto da folha de dados

Coloque a saída de fundo de escala do sensor no campo de milivolts — 10, 4,7, 0.082. Vírgula e ponto funcionam como marca decimal e espaços são ignorados, então um valor colado da tabela converte do jeito que veio.

Divida o valor em microvolts pelo seu LSB

O campo de µV se atualiza enquanto você digita. Divida-o pelo LSB da tabela abaixo para saber quantas contagens a faixa ocupa: 10 mV = 10.000 µV são 12,4 contagens em 12 bits com 3,3 V, mas 198,6 contagens em 16 bits.

Volte a partir de um único código

Os dois campos aceitam entrada, então dá para digitar um LSB como 50,4 do lado de µV e ler o equivalente em milivolts. O botão de inverter unidades (↔) troca o sentido indicado.

Copie só o número para a conta de ganho

Cada campo tem seu botão de copiar e ele copia apenas os algarismos — sem unidade, sem espaços de milhar — então o valor cai limpo na planilha. Ctrl + C dentro do campo faz o mesmo.

Descendo abaixo do microvolt: o menu de unidades com busca, dos dois lados, cobre as 12 unidades de tensão, então você pode cair para nV ou pV para tratar um valor de ruído. A saída carrega 8 casas decimais e passa para notação científica abaixo de 1e-6.

Tamanho do LSB em microvolts para as resoluções mais comuns

Cada valor abaixo é V_ref ÷ 2ⁿ em microvolts, para as três referências que mais aparecem numa placa de sinal misto.

Resolução	Níveis (2ⁿ)	1 LSB @ 2,5 V	1 LSB @ 3,3 V	1 LSB @ 5,0 V
10 bits	1.024	2.441,4 µV	3.222,7 µV	4.882,8 µV
12 bits	4.096	610,4 µV	805,7 µV	1.220,7 µV
14 bits	16.384	152,6 µV	201,4 µV	305,2 µV
16 bits	65.536	38,1 µV	50,4 µV	76,3 µV
18 bits	262.144	9,54 µV	12,59 µV	19,07 µV
20 bits	1.048.576	2,384 µV	3,147 µV	4,768 µV
24 bits	16.777.216	0,149 µV	0,197 µV	0,298 µV

Duas definições em circulação: algumas folhas de dados informam o LSB como FSR ÷ (2ⁿ − 1) — 805,9 µV em vez de 805,7 µV em 12 bits com 3,3 V, uma diferença de 0,02 %. O que pesa de verdade: uma entrada bipolar ou diferencial que cubra ±V_ref dobra a faixa de fundo de escala, então cada código vale o dobro dos microvolts mostrados.

O que este conversor faz por esse fluxo de projeto

Faixa entra, microvolts saem enquanto você digita

O valor em microvolts acompanha tecla a tecla, então dá para varrer faixas candidatas contra um mesmo LSB sem refazer nada.

Digite um LSB e receba a faixa

Os dois campos aceitam entrada e o botão de inverter unidades troca o sentido — é o que você quer quando o tamanho do código é conhecido e o equivalente em milivolts não.

Números limpos o bastante para colar

O botão de copiar de cada campo entrega só os algarismos, sem unidade nem agrupamento de exibição, então a planilha de ganho recebe um valor com que dá para calcular.

Legível até o piso de ruído

As 12 unidades de tensão dos dois lados, a saída com 8 casas decimais e a notação científica automática mantêm legíveis valores na casa dos nanovolts. Tudo roda no seu navegador.

Perguntas sobre resolução e ganho

Quantos microvolts vale 1 LSB num conversor de 12 bits e num de 16 bits?

Com referência de 3,3 V, um código vale 805,7 µV em 12 bits (3,3 ÷ 4.096) e 50,4 µV em 16 bits (3,3 ÷ 65.536) — um fator de 16 para quatro bits a mais. Em 5 V o par passa a 1.220,7 µV e 76,3 µV, ou seja, a referência pesa tanto quanto a quantidade de bits.

Que ganho eu preciso para uma faixa de sensor de 10 mV ocupar uma entrada de 3,3 V?

Divida as faixas na mesma unidade: 3,3 V são 3.300 mV, então 3.300 ÷ 10 = 330 V/V para um encaixe exato. Deixando folga para deslocamento do amplificador, tolerância da referência e sobrefaixa do sensor, um valor padrão de 200 ou 250 é mais seguro. Em 330 todas as 4.096 contagens são usadas e cada contagem vale 10 mV ÷ 4.096 = 2,44 µV na entrada; em 200 o sinal cobre 2,0 V, algo como 2.482 contagens, ou 4,03 µV por contagem.

Por que minha resolução efetiva (ENOB) é pior que os bits da folha de dados?

A quantidade de bits descreve o mapa de códigos; o ENOB descreve o que sobrevive ao ruído e à distorção, e sai da relação sinal-ruído-e-distorção medida: ENOB = (SINAD − 1,76) ÷ 6,02. Um conversor de 16 bits especificado com 78 dB de SINAD entrega cerca de 12,7 bits efetivos, então o degrau em que dá para confiar em 3,3 V é de aproximadamente 510 µV, e não os 50,4 µV ideais.

Mais bits ajudam se meu piso de ruído já é maior que 1 LSB?

Só até o LSB ficar abaixo do ruído. Com 30 µV eficazes de ruído referido à entrada, o valor pico a pico é de mais ou menos 6,6 × o eficaz, algo como 198 µV — uma resolução livre de ruído de 3,3 V ÷ 198 µV ≈ 16.700 degraus, perto de 14 bits. Nesse cenário passar de 12 para 16 bits ainda ajuda; de 16 para 24 bits, não, já que os códigos extras só espalham o ruído. Depois disso os ganhos vêm de amplificação mais silenciosa, banda mais estreita e uma referência melhor.

Quanto a sobreamostragem e a promediação acrescentam de resolução?

Promediar N amostras não correlacionadas reduz o ruído eficaz por √N — um bit a mais a cada sobreamostragem de 4×. Um canal de 12 bits com 805,7 µV promediado 16× se comporta como 14 bits (cerca de 201 µV); com 256× chega ao comportamento de 16 bits, perto de 50,4 µV, a um duzentos e cinquenta e seis avos da taxa de leitura. Para funcionar, precisa de aproximadamente 1 LSB de ruído pico a pico ou de dither, e nunca elimina erro de ganho, deslocamento ou não linearidade.

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