Conversión entre variables analógicas y digitales Lección 23 © ITES-Paraninfo.
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Conversión entre variables analógicas y digitales Lecció n 23 © ITES-Paraninfo
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Conversión entre variables analógicas
y digitales
Lección 23
© ITES-Paraninfo
Cuantificación (I).
© ITES-Paraninfo
SALIDA, y
0
1
2
I
J
N-1
N
CUANTIFICADORUNIFORME
h 2h Hh Ih (N-2)h (N-1)h
3h
ENTRADA, x
p(e)
e-h/2 +h/2
1/h
-h/2
+h/2
x
ERROR DECUANTIFICACIÓN, e
h
Cuantificación (II).
© ITES-Paraninfo
n, bits Número de estados, 2n
Resolucióna = 1/2n
% ppm
2 4 25 250000
4 16 6,25 62500
8 256 0,390625 3906,25
12 4096 0,024414 244,14
16 65536 0,001526 15,26
24 16777216 0,000006 0,06
Características de la conversión D/A (I).
© ITES-Paraninfo
SALIDA
000 001 010 011 100 101 110 111
CD/A
SEÑAL DISCRETASALIDA
0
1,0
CÓDIGO DIGITALENTRADA
0,1428
REAL, n = 3
1 LSB
0,2857
0,4286
CONVERTIDORDIGITAL-
ANALÓGICO(CD/A)
CÓDIGO DIGITALENTRADA
a)
b)
Vref
IDEAL, n
0,5714
0,7142
0,8571
Características de la conversión D/A (II).
© ITES-Paraninfo
Salida al código I
Salida al código N
1/2LSB
0 t
Vo
t s
Convertidor real
Convertidor ideal
glitch
SR
td
Errores en los convertidores D/A (I).
© ITES-Paraninfo
000 001 010 011 100 101 110 111
CD/A
0
1,0
CÓDIGO DIGITALENTRADA
0,1428
IDEAL, n = 3
REAL, n = 3
1 LSB
0,2857
0,4286
000 001 010 011 100 101 110 111
CD/A
SEÑAL DISCRETASALIDA
0
1,0
CÓDIGO DIGITALENTRADA
0,1428
IDEAL, n = 3
REAL, n = 3
1 LSB
0,2857
0,4286
Error decero
Error afondo de
escala
SEÑAL DISCRETASALIDA
Errores en los convertidores D/A (II).
© ITES-Paraninfo
Error de no-linealidad diferencial (DNLE) = [LSB] LSBo
LSBoJo1Jo
V
VVV
Error de no-linealidad integral (INLE) = [LSB]
N
0JLSBoJo1Jo
LSBo
VVVV
1
Tipos de convertidores D/A (I).
bi2R2
VI
1n
0i
inref
o
bi22
VV
1n
0i
in
refo
© ITES-Paraninfo
2R
4R
2n R
bn-1
bn-2
b0
MSB
LSB
Vref
Io
R
Vo
Io/2n
Io/2
Io/4
+
Sn-1
S0
Sn-2
ConvertidorI/V
Red de Resistenciasponderadas en binario
Tipos de convertidores D/A (II).
© ITES-Paraninfo
R
bn-1
IFSV
2
IFSV
n
bn-2
IFSV
4
b0
Io
Io
-V
MSBLSB
Sn-1Sn-2S0
Vo
Tipos de convertidores D/A (III).
© ITES-Paraninfo
2n-1C
bn-1
C
b0
2C
b1
SA Cp
Sn-1 S1 S0
C
1x
Vo
MSB LSB
+
Vref
bi22
V
CpC2
C2V
1n
0i
in
refn
n
o
Tipos de convertidores D/A (IV).
© ITES-Paraninfo
bo b1 b2 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d70 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 0 0 0 0 0 12 0 1 0 0 0 0 0 0 1 13 0 1 1 0 0 0 0 1 1 14 1 0 0 0 0 0 1 1 1 15 1 0 1 0 0 1 1 1 1 16 1 1 0 0 1 1 1 1 1 17 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
DECIMAL
BINARIO DE TERMÓMETRO
Tipos de convertidores D/A (V).
© ITES-Paraninfo
00 0 0 11 1 1swc
Vref
0 0
0
1 1
1
swc
swcMSB
LSB
R R R R R R R R
1 2 3 4 5 6 7 8
3
2
1
DECODIFICADOR3 8
b0
b2
b1
Vo
DEC02n1nnref
o b...bb2
VV 12
2
VV n
nref
FSo
Tipos de convertidores D/A (VI).
© ITES-Paraninfo
+V +V
Io
II
hasta 2n -1 fuentesde corriente I
DECODIFICADOR n
1232n
bn-1 bn-2 b0
DECÓDIGO DE TERMÓMETRO
2n
LSBMSB
Tipos de convertidores D/A (VII).
© ITES-Paraninfo
C1
SA S1
C2
SA S2
C2n
- 1
SA S2n
- 1
Vref
1
2
3
2n
Cf
SA
VoDE
CO
DIF
ICA
DO
Rn
2n
SB
bn-1 bn-2 b0
DE
CÓ
DIG
O D
E T
ER
MÓ
ME
TR
O
LSBMSB
frefo C
CmVV
Tipos de convertidores D/A (VIII).
© ITES-Paraninfo
R
2R
b0
S0
R
2R
b1
S1
R
2R
b2
S2
2R
b3
S3
Vo
R
2R
I I2
I I4 8
Io
MSBLSB
+
A B
(a)
R
2RR
Vref
A B
R
I
Vref
2
(b)
Vref
RED ESCALERA
1n
0i
inref
o bi2R2
VI
bi22
VV
1n
0i
in
refo
n
n
refFSo2
12VV
Tipos de convertidores D/A (IX).
© ITES-Paraninfo
R
2R
bn-1
Sn-1
R
2R
bn-2
Sn-2
2R2R
b0
S0
MSB LSB
Io
Vo
R
Vref
Io
Tipos de convertidores D/A (X).
© ITES-Paraninfo
Vref
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
+1
+1
b5 b4 b3
R2
R2
R2
R2
R2
R2
R2
R2
+1
b2 b1 b0
MSB LSB
Vo
3 83 8
"1"
R
2R
b0
S0
R
2R
b1
S1
2R 2R
b2
S2
LSB
Vo
"0"
Vref
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
+1
+1
b5 b4 b3
MSB
(a) (b)
3 8
ABA
Tipos de convertidores D/A (XI).
© IT
ES
-Par
anin
fo
BUFFER
4
DECOD.4 16
REGISTRO
16 16
15 MSBFUENTES
DECORRIENTE
BUFFER
4
REGISTRO4 FUENTES DE
CORRIENTEPONDERADAS
4
Io
b0
b1
b4
b5
b6
b7
b3
b2
4 MSB
4 LSB
II II
82 4 16
15 fuentesiguales
I II
Io
4 fuentes ponderadas enbinario
Tipos de convertidores D/A (XII).
© ITES-Paraninfo
Salidaanalógica
Entradadigital
FILTRO DIGITAL DEINTERPOLACIÓN
MODULADORDIGITAL
C D/Ade
1bit
FILTROANALÓGICODE SALIDA
16bit, 8kHz 16bit, 1MHz 1bit, 1MHz Salida discreta,+Vref ó Vref
Características de la conversión A/D (I).
© ITES-Paraninfo
CÓDIGODIGITAL DE
SALIDA
000
001
010
011
100
101
110
111
CA/D
SEÑALANALÓGICA0 1,00,5
IDEAL, n
IDEAL, n = 3
1 LSB
Resolución
CONVERTIDORANALÓGICO-DIGITAL
(CA/D)
(b)
Vref
Vi
CÓDIGO,n bits
CÓDIGO DEMITAD
DE ESCALA
-0,5LSB
+0,5LSBVi/Vref
e
0
(a)
(c)
SC EOC
Errores en los convertidores A/D (I).
LSB2
1
V
VE
LSBi
01..00icero
LSBi
GRiGNiganancia V
VVE
© ITES-Paraninfo
SALIDADIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111
CA/D
Vi / Vref0 1,0
Ideal para3 bits
Real para3 bits
ERRORDE
CERO
SALIDADIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111
CA/D
Vi / Vref0 1,0
Ideal para3 bitsG = 1
Real para3 bitsG > 1
>1 LSB (a) (b)
Error deGanancia
Punto deGananciaNominal
Punto deGanancia
Real
Errores en los convertidores A/D (II).
© ITES-Paraninfo
Vi / Vref
Vi/Vref
SALIDADIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111CA/D
0 1,0
Pérdidade
Código
e
+0,5LSB
- 0,5LSB
No-linealidadintegral
+1LSB
-1LSB
1LSB
No-linealidaddiferencial
Errores en los convertidores A/D (III).
imimáx
i Vf2dt
dV
1nim
máx
iAA 2
V2LSB
2
1
dt
dVTE
1nA
imáx 2T
1f
© ITES-Paraninfo
Vim
0 t
Vi TA
EA
Muestreo
Retención
Tipos de convertidores A/D (I).
© ITES-Paraninfo
Procedimiento de conversión
Conversión directa
Conversión indirecta
paralelo o flash
rastreador
aproximaciones sucesivas
integradores o de rampas
sobre-muestreo
tensión – tiempo(V/T)
tensión – frecuencia (V/f)
Tipos de convertidores A/D (II).
© ITES-Paraninfo
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Códigon bit
2n-1 n
R
1/2VLSB
Vref
Vin
S
C1
C2
CN-3
CN-2
CN-1
R
R
R
R/2
R/2N = 2n
.
.
.
Tipos de convertidores A/D (III).
© ITES-Paraninfo
S/Hp bitsCA/D1
p bitsCD/A
q bitsCA/D2
Vin p MSB bits
q LSB bits
Código den = p+q bits
HS
+
-
G
Tipos de convertidores A/D (IV).
CD/A3
3
FLASH3
CD/A1
4
FLASH1 CD/A
2
4
FLASH2
4
FLASH4
Vref
LÓGICA DE CORRECCIÓN
12
R1
THA1
AMPCD/A
AIN1
R1
THA2
AIN2R5
R4
THA3
R3
THA4
R2
R7
R6R8
© ITES-Paraninfo
Tipos de convertidores A/D (V).
© ITES-Paraninfo
CD/A
Vref
Vi
Vo
CONTADOR DEPULSOS
RELOJ
U/D
Código deSalida
Vo
Vi
1 LSB
T
SC EOC
(a) (b)
t
Tipos de convertidores A/D (VI).
© ITES-Paraninfo
CD/A
Vref
Vi
Vo
REGISTRO DEAPROXIMACIONES
SUCESIVASY
LÓGICA DECONTROL
RELOJ
SC
Código deSalida
EOC
Vo
Vi
000T1
SC
T2 T3
001
EOC
010
011
100
101
110
111
MSBCONTENIDO DEL SAR
LSB
1 0 0
0
0
1 1
1 1
T1
T2
T3
(a) (b)
t
Tipos de convertidores A/D (VII).
© ITES-Paraninfo
LÓGICA DECONTROL
IN
REFMASA
INMASA
R
Vref
S15 S14
MSB215C
LSB
2C C
SWA
SD
CONTROL DEINTERRUPTORES Sn
EOCSC
CÓDIGODE
SALIDA
216C
214C C
SWB
S1 S0 S16
Tipos de convertidores A/D (VIII).
CR
V
T
V ref
c
i
Z = Tc·fc
iref
c VCRV
fZ
© ITES-Paraninfo
Vref
DETECCIÓN DEPOLARIDAD
Y
RELOJfc
CONTADORC
R
CÓDIGO DESALIDA
SC
CONTROLS1, S2
POLARIDAD Vref
R
S1
S2
Vo
Vi
GENERADOR DERAMPA
LÓGICA DE CONTROL
(a)
SC EOC
Vo
t
Vi
TC
(b)
Z=00...0 Z
C
Vref
RC
EOC
Tipos de convertidores A/D (IX).
© ITES-Paraninfo
Vref
DETECCIÓN DEPOLARIDAD
YRELOJ
fc
CONTADORC
R
CÓDIGODE
SALIDA
SC
POLARIDADVref
S1
S2
Vo
Vi
LÓGICA DE CONTROL
(a)
EOC
OVER
Vo
t
Vo1
TC
ZZ = 00...0
(b)
T1= N.fc T2
RC
ViRC
Vref
INTEGRADOR
R
C
n
1
2 2T
TZ
2o
1i T
CR
VT
CR
V
ref
i12 V
VTT
iref
n
VV
2Z
Tipos de convertidores A/D (X).
© ITES-Paraninfo
0
-20
-40
Atenuación,dB
fruido1
10T1
1T1
2T1
10T1
Tipos de convertidores A/D (XI).
© ITES-Paraninfo
LÓGICA DE CONTROL
Y
Y
O
RELOJfc
OVERC
R
MSB
OVER
C
R
LSB
Z1
Z2
Borrado
DESBORDAMIENTOMSB+LSB
MS Bits
LS Bits
Código desalida
SC EOC
R
C
S
C1
C2
-VH
Vi
-Vref1
-Vref2
(a)Vo
t
VH
T1 T2 T3
t
(b)
RC
V 2i
RC
V 1i
RC
V 2ref
RC
V 1ref
Z1
MSB
00...0
LSB
00...0
LSB
00...0
MSB
Z1
MSB
Z2
LSB
-
-
00...0
MSB
Z2
LSB
RC
V 2ref
Tipos de convertidores A/D (XII).
© ITES-Paraninfo
Vref
AVi
CONVERTIDORV-I
R
S1S2
+V
CQQ Y CONTADOR Z
vi1 fTZ SALIDA,fvi
GENERADOR DEPULSO T1
T1
IC EOC
CONVERTIDOR V/f
(a)
Q
VA
tVref
t
Q
Ti
(b)
LÓGICA DECONTROL
R
+
T
Tipos de convertidores A/D (XIII).
© ITES-Paraninfo
Vref
BIESTABLETIPO DD
Y CONTADORZ
CÓDIGODE
SALIDA
Q
CLK
RELOJ DEALTA
FRECUENCIA
GENERADORT1
T1
I
Fuente decorriente
deprecisión
R
C
Vi
LÓGICA DE CONTROL
SC EOC
+
Tipos de convertidores A/D (XIV).
© ITES-Paraninfo
Señal
fs ffs
2
Señal
Kfs fKfs
2
Filtro digital
Ruido eliminado por elfiltro
Ruido decuantificación
Señal
Kfs fKfs
2
Filtro < Kfs/2M
Ruido eliminado por elfiltro
Kfs
2M
(a)
(b)
(c)
Tipos de convertidores A/D (XV).
© ITES-Paraninfo
1 bit,kfs
FILTRODIGITAL
YSUPRESOR
Vi
+Vref
CD/A 1 bit
-Vref
MODULADORSIGMA-DELTA
INTEGRADOR
A
CA/D 1 bit
RELOJkfs
n bits,fs
fs
Tipos de convertidores A/D (XVI).
© ITES-Paraninfo
Vi
-
INTEGRADOR 1
RELOJkfs
INTEGRADOR 2
CD/A1 bit
-
(a)
8 16 32 64 128 256 512
20
40
60
80
100
120
9dB/oct
15dB/oct
2º orden
1er orden
(b)
S/N, dB
K0
SALIDA
Tipos de convertidores A/D (XVII).
© ITES-Paraninfo
2,5VREF.
MODULADORSIGMA-DELTA
FILTRODIGITAL
GENERADORDE RELOJ
G = 1 - 128
PGAMPX
INTERFAZ SERIE
REGISTRO DECONTROL
REGISTRO DESALIDA
AD7710
AGND DGND VSS RFS TFS MODE SDATA SCLK DRDY A0
MCLKIN
MCLKOUT
SYNC
DIGITAL+5V
VBIASDVDDAVDD
R
R
GALGA
GALGA
I
R1
REF IN+
REF IN-
AIN1+
AIN1-
+9V
CONVERTIDOR A/D
Comparación entre convertidores A/D
© ITES-Paraninfo
Frecuencia deconversión,
muestras/s
10 2 103 104 105 106 107 108 109
6FLASH
APROXIMACIONES
SUCESIVAS
ETAPAS“pipelined”8
10
12
14
16
18
20
22
24
Númerode bits
SIGMA - DELTA
SEMI-PARALELO
