Nombre: Libia Romero Escobedo

Codigo: 11190110

Ciclo:2015-1

INFORME PREVIO N04: CIRCUITOS DE CONVERSION ADC

y DAC

Cuestionario:

1. Explicar el concepto de seal analgica. Explicar el concepto de seal digital.

Seal Analgica:

Una seal analgica es un tipo de seal generada por algn tipo de fenmeno

electromagntico y que es representable por una funcin matemtica continua en la que

es variable su amplitud y periodo (representando un dato de informacin) en funcin del

tiempo. Algunas magnitudes fsicas comnmente portadoras de una seal de este tipo son

elctricas como la intensidad, la tensin y la potencia, pero tambin pueden ser

hidrulicas como la presin, trmicas como la temperatura, mecnicas, etc. La magnitud

tambin puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o prdidas de un

negocio.

Seal Digital:

Su forma caracterstica es ampliamente conocida: la seal bsica es una onda cuadrada

(pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo.

Las seales digitales no se producen en el mundo fsico como tales, sino que son creadas

por el hombre y tiene una tcnica particular de tratamiento, y como dijimos

anteriormente, la seal bsica es una onda cuadrada, cuya representacin se realiza

necesariamente en el dominio del tiempo.

Resumiendo, las seales digitales slo pueden adquirir un nmero finito de estados

diferentes, se clasifican segn el nmero de estados (binarias, ternarias, etc.)y segn su

naturaleza elctrica(unipolares y bipolares).

En pocas ideas se muestra lo que se da a entender en la siguiente figura:

2. Explicar los conceptos de muestreo, cuantificacin y codificacin.

Muestreo:

El muestreo digital es una de las partes del proceso de digitalizacin de las seales.

Consiste en tomar muestras de una seal analgica a una frecuencia o tasa de muestreo

constante, para cuantificarlas posteriormente.

El muestreo est basado en el teorema de muestreo, que es la base de la representacin

discreta de una seal continua en banda limitada. Es til en la digitalizacin de seales (y

por consiguiente en las telecomunicaciones) y en la codificacin del sonido en formato

digital.

Cuantificacin:

Bsicamente, la cuantificacin lo que hace es convertir una sucesin de muestras de

amplitud continua en una sucesin de valores discretos preestablecidos segn el cdigo

utilizado.

Durante el proceso de cuantificacin se mide el nivel de tensin de cada una de las

muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les atribuye un valor finito (discreto)

de amplitud, seleccionado por aproximacin dentro de un margen de niveles previamente

fijado.

Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificacin se eligen en funcin de la propia

resolucin que utilice el cdigo empleado durante la codificacin. Si el nivel obtenido no

coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior ms prximo

(Conversin por medio de las Aproximaciones Sucesivas).

As pues, la seal digital que resulta tras la cuantificacin es diferente a la seal elctrica

analgica que la origin, algo que se conoce como Error de cuantificacin. El error de

cuantificacin se interpreta como un ruido aadido a la seal tras el proceso de

decodificacin digital. Si este ruido de cuantificacin se mantiene por debajo del ruido

analgico de la seal a cuantificar (que siempre existe), la cuantificacin no tendr ninguna

consecuencia sobre la seal de inters.

Codificacin:

En ese contexto la codificacin digital consiste en la traduccin de los valores de tensin

elctrica analgicos que ya han sido cuantificados (ponderados) al sistema binario,

mediante cdigos preestablecidos. La seal analgica va a quedar transformada en un tren

de impulsos de seal digital (sucesin de ceros y unos). Esta traduccin es el ltimo de los

procesos que tiene lugar durante la conversin analgica-digital. El resultado es un

sistema binario que est basado en el lgebra de Boole.

Todo se resume en el siguiente diagrama de bloques:

Procesos de la conversin A/D.

3. Con 8 bits, cuantos niveles de cuantificacin se podran manejar?

Bueno fundamental debemos recordar que estamos hablando de una transicin de

analgico al sistema digital, lo que nos indica que siempre estaremos hablando de ceros y

unos. Entonces:

2 = 28 = 256

Ya que debemos recordar que usamos 8 bits lo que nos da la posibilidad de obtener 256

niveles de cuantificacin de la seal analgica.

4. Describa el propsito de la conversin A/D y D/A.

CONVERTIDORES ANALGICO DIGITAL

Un convertidor A/D toma un voltaje de entrada analgico y despus de cierto tiempo

produce un cdigo de salida digital que representa la entrada analgica. El proceso de

conversin A/D es generalmente ms complejo y largo que el proceso D/A, y se han

creado y utilizado muchos mtodos. Fundamentalmente busca digitalizar cualquier

fenmeno fsico existente en la naturaleza para guardarlo y procesarlo de manera que

siempre estemos informaciones de las variaciones del medio.

CONVERTIDORES DIGITAL ANALGICO

Bsicamente, la conversin D/A es el proceso de tomar un valor representado

en cdigo digital (cdigo binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que

sea proporcional al valor digital. Este voltaje o corriente es una cantidad analgica, ya que

puede tomar diferentes valores de cierto intervalo. Fundamentalmente es usado para

producir salidas cuasi-analgicas pero que pueden mostrar con un determinado grado

de fiabilidad la seal analgica inicial.

En la siguiente figura se muestra los siguientes diagramas de bloques que resumen todo lo

anteriormente dicho:

5. Describa brevemente los diferentes mtodos de conversin anlogo/digital.

Bueno los ms conocidos y relevantes son:

CONVERTIDOR A/D CON RAMPA DIGITAL:

Una de las versiones ms simples del convertidor A/D hace uso de un contador binario

como registro y permite que el cronmetro incremente a un paso a la vez hasta que

Va Va. A este se lo llama convertidor A/D con rampa digital ya que la forma de onda

en Va es una rampa que funciona paso por paso (en realidad es escaln por escaln).

El siguiente grafico muestra eso:

ADC DE APROXIMACIONES SUCESIVAS:

Es el ms usado, tiene circuitos ms complejos que el ADC con rampa digital y su

tiempo de conversin es mucho ms corto que es fijo y no depende del valor de la

entrada analgica. En vez de utilizar un contador como el ADC con rampa digital,

utiliza un registro que alimenta al DAC y que a su vez manejado por una lgica de

control. En la siguiente figura se muestra la idea fundamentalmente:

ADC DE RFAGA:

Tambin llamado paralelo o flash, es el ms rpido pero requiere de una circuitera

mucho ms compleja, por ejemplo, un ADC de rfaga de 6bits requiere de 63

comparadores mientras que, otro de 10bits requiere 1023 comparadores, es decir,

que para N bits de salida se requieren (2N - 1) comparadores. Los comparadores son

amplificadores operacionales cuyas entrada inversora es comn a la seal analgica

de entrada y las entradas no inversoras estn dispuestas ordenadamente en un divisor

de tensin; sus salidas alimentan a un codificador cuya salida es el equivalente digital

de la entrada. El siguiente grfico muestra la circuitera que abarca formalmente:

INTEGRADOR O V VS. F:

En este tipo de conversores, el voltaje continuo de entrada se convierte en un

conjunto de pulsos cuya frecuencia es proporcional a la magnitud del voltaje de

alimentacin.

Los pulsos se cuentan mediante un contador electrnico, durante un intervalo de

tiempo especfico y la cuenta resultante se exhibe como una representacin digital del

voltaje.

Cuando se aplica un voltaje de entrada el integrador genera un voltaje de salida de

rampa con una pendiente proporcional al voltaje aplicado. Esta rampa se aplica a un

generador monoestable el cual genera un pulso de amplitud definido por el voltaje de

entrada rampa. El pulso es realimentado a un conmutador que descarga el

condensador integrador, terminando as la rampa.

Su utilizacin es adecuada en ambientes ruidosos, por su alta inmunidad al ruido y

exactitud. Las frecuencias tpicas del convertidor voltaje frecuencia son entre 10 KHz a

1 MHz.

6. Definir las especificaciones ms importantes de un DAC: resolucin, precisin, tiempo de

respuesta y voltaje de balance.

o Resolucin: La resolucin viene determinada por la longitud de la palabra digital (nmero de bits),

es decir por las agrupacin de ceros y unos con que se va componiendo (codificando)

la seal. En otras el mnimo valor de cuantificacin que puede obtenerse.

o Precisin:

Los fabricantes de DAC tienen varias maneras de especificar la precisin o exactitud.

Las dos ms comunes se las llama Error de Escala Completa y Error de Linealidad, que

normalmente se expresan como un porcentaje de la salida de escala completa del

convertidor (%FS).El error de escala completa es la mxima desviacin de la salida

del DAC de su valor estimado (terico).

El error de linealidad es la desviacin mxima en el tamao de etapa del terico.

Algunos de los DAC ms costosos tienen errores de escala completa y de linealidad en

el intervalo 0.01% - 0.1%.

o Tiempo de respuesta:

La velocidad de operacin de un DAC se especifica cmo tiempo de respuesta, que es

el tiempo que se requiere para que la salida pase de cero a escala completa cuando la

entrada binaria cambia de todos los ceros a todos los unos. Los valores comunes del

tiempo de respuesta variarn de 50ns a 10ms. En general, los DAC con salida de

corriente tendrn tiempos de respuesta ms breves que aquellos con una salida de

voltaje. Por ejemplo, el DAC 1280 puede operar como salida de corriente o bien de

voltaje. Su tiempo de respuesta a su salida es 300ns cuando se utiliza salida de

corriente 2.5ms cuando se emplea salida de voltaje. El DAC 1280 es un convertidor

D/A construido con un amplificador sumador.

o Voltaje de balance:

En teora, la salida de un DAC ser cero voltios cuando la entrada binaria es todos los

ceros. En la prctica, habr un voltaje de salida pequeo producido por el error de

desbalance del amplificador del DAC. Este desplazamiento es comnmente 0.05% FS.

Casi todos los DAC con voltaje tendrn una capacidad de ajuste de balance externo

que permite eliminar el error de desbalance. Todo lo dicho se halla en el siguiente circuito interno del DAC:

7. Presentar las hojas de datos (datasheet) de los integrados ADC y DAC que se utilizaran en

la prctica.

8. Defina cada uno de los pines de los integrados ADC y DAC que se utilizaran en la prctica.

El pin 1, denominado CS (Chip Select - Seleccionar Chip) es el habilita al chip a ser utilizado. Si este pin est a nivel alto (5V, o un "1" lgico) el chip se encuentra deshabilitado, sus salidas se comportan como si estuvieran desconectadas del bus de datos (en nuestro caso, de la PC). Si ponemos este pin a masa (0 Volt o "0" lgico) el chip queda seleccionado.

El segundo pin, RD, es el que permite la lectura de los datos convertidos. WR activado durante al menos 100 seg es el que le pide al chip que comience con la conversin. Esto le lleva aproximadamente unos 200 seg, durante los cuales INTR pasa a nivel alto. El chip informa que se complet poniendo en bajo nuevamente el pin 5 (INTR).

Los pines 6 y 7 son los que "leen" el valor analgico a convertir. Estas entradas analgicas Vin (+) y Vin (-), estn protegidas contra sobrecargas, pero para un correcto funcionamiento, las seales aplicadas deben estar comprendidas entre 0V y la tensin de alimentacin.

El dato en forma binaria se har presente en las salidas, pines 11 al 18 (D7 a D0). El pin 11 es el que contiene el MSB (Most Significative Bit - Bit ms significativo). Estas salidas tienen un latch que mantienen su valor hasta que se pida una nueva conversin. Si se deja el pin 9 (Vref / 2) en circuito abierto, la tensin de referencia que se obtiene internamente es la mitad de la tensin de alimentacin, en nuestro caso seran 2.5v (5V / 2).

Para el caso del DAC 0806, es muy parecida la cosa solo que para este chip se tiene: el pin 1 no tiene uso alguno, el 2 es el GND, 3 y 13 son fuente CC de diferente valor, el pin 4 nos arroja la corriente de salida deseada, del 5 al 12 ingresaremos la palabra digital en donde el LSB es el pin 12 y el MSB es el pin 5, los pines 14 y 15 dan los voltajes de referencia positivo y negativo respectivamente estos son importantes para los comparadores que posee internamente nuestro chip y finalmente el pin 16 se usa para compensar algn problema de desbalance en el cero analgico en la salida o las posibles formas de ruido existentes que afecten a nuestras sensibles entradas digitales.

9. Hasta cuantos valores puede suministrar una seal binaria de 10bits que se convierte a

analgica? Explique.

Es muy anlogo a lo dicho anteriormente para el ADC, solo que aqu son an ms valores

de sondeo: 210-1 = 1023 valores analgicos posibles dentro de un determinado rango de

salida cuasi-analgica. Lo que se da entender que se tendr una salida parecida a la

siguiente figura:

Solo que nuestra salida DAC ser mucho ms densa; es decir, de alta resolucin lo que

hace ms caro al chip.

10. Cul es la resolucin de un conversor DAC de 3 bits que trabaja con una fuente Vcc = 5

Voltios?

Recordemos lo fundamentalmente conocido como error de cuantificacin:

=()

Donde Vcc es la fuente de voltaje que casi llega intacta a la salida, tambin se le conoce

como Voltaje de referencia y (B) es la mxima palabra digital posible es decir que todos

sus bits sean 1 lgicos, para nuestro caso:

=5

1112=

5

7= 0.7143 = 71.43

11. Con ayuda de algn programa de simulacin, realice la implementacin del diagrama de

bloques presentado en la figura 1. Los planos esquemticos de cada uno de estos circuitos

se muestran en la Figura 2. Presentar las grficas de la simulacin.

Bueno en nuestro software de simulacin Proteus 7.7 en la parte del ISIS armamos el siguiente

circuito virtual: