Materia: Sistemas digitales

Tema: Convertidores de señales analógicas a digitales.

Grupo: 6B

Integrantes:

Fidel Delgado

Diego

Gerardo

La señal

es un signo o un gesto que informa de algo, La señal sustituye por lo tanto a la palabra escrita o al lenguaje, por lo que son fácilmente interpretadas.

Pueden ser muy claras

Y otras algo confusas

Cuando se trata de símbolos, las señales están colocadas en lugares visibles y están realizadas normalmente en diversos colores y formas

Pero normalmente son fácil de ser interpretadas

La señal

puede ser también la variación de una corriente eléctrica u otra magnitud física que se utiliza para transmitir información

Desde el punto de vista físico, todas las ondas que afectan nuestros sentidos se pueden convertir en impulsos o señales eléctricas y representar gráficamente como sinusoides, cuyos valores varían de forma continua en una línea de tiempo.

Representación gráfica de una onda sinusoidal o senoidal. de una señal correspondiente a un voltaje alterno

La Señal Analógica

A partir de la segunda mitad del siglo pasado, con el desarrollo de la tecnología digital aplicada a los microprocesadores se les comenzó a llamar “circuitos lógicos”

Llegado ese punto, fue necesario escoger un término con el que se pudiera nombrar y reconocer a la antigua electrónica tradicional de válvulas y transistores, y que al mismo tiempo la diferenciara de la nueva electrónica digital aplicada a los microprocesadores

Por tanto, al término “lógico” aplicado a la electrónica digital acordaron anteponerle el prefijo “ana-” (contra), De esa forma nació el término “analógico” como antónimo o contrario a “lógico”.

Como aclaración, el término analógico no guarda ninguna relación con el término “análogo”, cuyo significado es diferente.

La Señal Analógica

Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnetico y que es representable por una funcionmatematica continua en la que es variable la amplitud y el periodo

Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc.

Ejemplo de una señal analógica Ejemplo de ruido en señal analógica

La Señal Digital

La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético.

Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada

Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente

Referido a un aparato o instrumento de medida, se dice que el aparato es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.

Interruptor cerrado: existe circulación de corriente. eléctrica y la lámpara se enciende (equivalente al dígito “1”).Interruptor abierto: no existe circulación de corriente y la. lámpara se apaga (equivalente al dígito “0”).

Comparación de señales

En la ilustración superior, las magnitudes variables de la señal “analógica” (A) se mueven de forma. continua a todo lo largo de la línea de tiempo correspondiente al eje “x”, mientras que la señal digital. “lógica”

(B), formada por barras individuales (correspondientes a los valores numéricos binarios de una. onda analógica digitalizada), se mueve de forma discontinua siguiendo la dirección del eje “y”.

“A”, “B” y “C” representan gráficamente las diferentes formas que puede tomar una señal analógica sinusoidal de variaciones continuas e infinitos números de estado de la información, moviéndose a lo largo de una línea de tiempo, mientras que

“D” corresponde a una señal digital de valores discretos y finitos codificada en dos estados, representados por los dígitos “1” y “0”.

Conversion Analogico Digital

Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital, veamos ahora cómo se efectúa el proceso de conversión de una tecnología a otra.

Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos:

1.- Muestreo de la señal analógica

2.- Cuantización de la propia señal

3.- Codificación del resultado de la cuantización, en código binario

Tipos de convertidores

Convertidor Analógico/Digital Flash o Paralelo

El método flash utiliza comparadores que comparan una serie de tensiones de referencia con la tensión de entrada analógica. Cuando la tensión analógica sobrepasa a la tensión de referencia de un comparador determinado, se genera un nivel Altota figura

Convertidor A/D tipo Flash de 8 bits que

usa 7 convertidores

principal ventaja de este comparador es su alta velocidad de muestreo que se puede alcanzar, aunque presenta la desventaja de que se necesitan muchos comparadores para un ADC de un número binario de tamaño razonable

Tipos de convertidores

Convertidor Analógico/Digital Flash o Paralelo

Tipos de convertidores

Convertidor A/D de Aproximaciones Sucesivas

Los convertidores ADC que utilizan un Registro de Aproximaciones Sucesivas (SAR) son utilizados en un rango intermedio a alto de velocidad de conversión, con una resolución también de media a alta.

El SAR utiliza un algoritmo de búsqueda binaria, de manera que tiene que operar a una velocidad mucho mayor que la velocidad del ADC para que entregue el resultado final, dependiendo de la cantidad de bits del ADC de la cantidad de bits del ADC.

Tipos de convertidores

Convertidor A/D de Aproximaciones Sucesivas

Un circuito con los componentes básicos de un ADC de aproximaciones

sucesivas es el siguiente:

Y la tensión que se puede ver a la salida del DAC, desde el MSB hasta el

LSB, cuando se va aproximando al final de la conversión se muestra abajo:

Tipos de convertidores

ADC Delta-Encoded (Codificación Delta),

tiene un contador arriba abajo que provee un convertidor digital analógico

(DAC). Tanto la señal de entrada como el DAC ambos van a un comparador.

El comparador controla el contador. El circuito utiliza retroalimentación

negativa del comparador para ajustar el contador mientras la salida del DAC

está lo suficientemente cerca de la entrada de la señal.

Tipos de convertidores

ADC Comparador de Tipo Rampa,

Produce una señal de tipo

diente de sierra que se eleva,

luego rápidamente cae a cero.

Cuando la pendiente inicia, el

contador inicia a contar.

Cuando la pendiente

encuentra la entrada, un

comparador inicia, y el valor

del timer (temporizador) se

almacena

Tipos de convertidores

ADC Pipeline (Tipo tubería)

también llamado cuantizador de subrangos, utiliza dos o más etapas de sub rangos. Primero, una conversión amplia es hecha. Como segundo paso, la diferencia de la señal de entrada es determinada con un convertidor digital analógico (DAC).

ADC Sigma-Delta,

muestrea la señal deseada con un factor grande y filtros deseados de la banda de señal. Generalmente un número más pequeño de bits que requiere y convierte utilizando un ADC tipo Flash después del filtro. La señal resultante, junto con el error generado por la discretizacion de niveles del Flash, es el resultado y substracción de la entrada al filtro

Muestreo de la señal analogica

Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal.

La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también

frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz).

Las tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las

siguientes:

24 000 muestras por segundo (24 kHz)

30 000 muestras por segundo (30 kHz)

44 100 muestras por segundo (44,1 kHz)

(Calidad de CD)

48 000 muestras por segundo (48 kHz

Cuantificacion de la señal analogica

Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantización (quantization) de la señal analógica.

Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original.

la cuantización representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario.

Proceso de cuantización (quantization) de la señal eléctrica analógica para su conversión en señal digital.

Codificación de la señal en código binario

Después de realizada la cuantización, los valores de las tomas de voltajes se representan numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos.

La codificación permite asignarle valores numéricos binarios equivalentes a los valores de tensiones o< voltajes que conforman la señal eléctrica analógica original.

En este ejemplo gráfico de codificación, es posible observar cómo se ha obtenido una señal digital y el código binario correspondiente a los niveles de voltaje que posee la señal analógica.

La siguiente tabla muestra los valores numéricos del 0 al 7, pertenecientes al sistema decimal y sus equivalentes en código numérico binario

Ventajas e inconvenientes de la conversion Anal-Dig.

Ventajas e inconvenientes de la conversion Anal-Dig.