INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE FELIPE CARRILLO PUERTO

INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

PRINCIPIOS ELECTRICOS Y APLICACIONES DIGITALES

UNIDAD 3Investigación Individual

DOCENTEDr. Niels Henryk Aranda Cuevas

ALUMNOAdrián Asis Vega Segura

INFOAula J4 – Grupo “A”

Felipe Carrillo Puerto, Q. Roo. a 29 de Junio de 2015

J3

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UNIDAD 3 CONVERTIDORES

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de los microprocesadores y procesadores digitales de señal (DSP), hapermitido realizar tareas que durante años fueron hechas por sistemas electrónicosanalógicos. Por otro lado, como que el mundo real es análogo, una forma de enlazar lasvariables analógicas con los procesos digitales es a través de los sistemas llamadosconversores de analógico - digital (ADC- Analogue to Digital Converter) y conversoresdigital - analógico (DAC- Digital to Analogue Converter). El objetivo básico de un ADCes transformar una señal eléctrica análoga en un número digital equivalente. De la mismaforma, un DAC transforma un número digital en una señal eléctrica análoga. Esta funciónexige que los pasos intermedios se realicen de forma optima para no perder información.Según el tipo de componente y su aplicación existen distintos parámetros que locaracterizan, éstos pueden ser: la velocidad de conversión, la resolución, los rangos deentrada, etc.. Por ejemplo, una mayor cantidad de bit, implica mayor precisión, perotambién mayor complejidad. Un incremento en un solo bit permite disponer del doble deprecisión (mayor resolución), pero hace más difícil el diseño del circuito, además, laconversión podría volverse más lenta. Dentro de las de aplicaciones de estos sistemas estáel manejo de señales de vídeo, audio, los discos compactos, instrumentación y controlindustrial. En los siguientes apartados se describen los conceptos básicos de conversiónde señal, técnicas de implementación para los ADC o DAC, características y parámetrosque los definen. Se revisarán las configuraciones más clásicas, atendiendo a criterios develocidad y manejo de datos, como también los nuevos productos disponibles en elmercado.

3.1 Analógico - Digital

Concepto: (Conversor Analógico Digital, CAD; Analog-to-Digital Converter, ADC) Es undispositivo electrónico capaz de convertir una señal analógica de voltaje en una señaldigital con un valor binario.

Utilización: Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadores de sonidoy de vídeo, y equipos de telecomunicaciones.

Funcionamiento: La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, seconecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija,obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.

Estos conversores poseen dos señales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan elrango en el cual se convertirá una señal de entrada.

El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida(digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se puede saber, siempre ycuando se conozca el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidadmáxima de la salida en dígitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor análogodigital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de entre 0 y 5voltios y su resolución será respectivamente:

·0 Resolución = valor analógico / (2^8)

·1 Resolución = 5 V / 256

·2 Resolución = 0,01953 V o 19,53 mv.

·3 Resolución = LSB

Lo anterior quiere decir que por cada 19,53 milivoltios (mv) que aumente el nivel detensión entre las entradas nomencladas como Vref+ y Vref- que ofician de entrada alconversor, este aumentará en una unidad su salida (siempre sumando en forma binariabit a bit). Por ejemplo:

Entrada Salida

0 V 00000000

0,02 V 00000001

0,04 V 00000010

1 V 00110011

(5 V-LSB) 11111111

Tipos de conversores:

·4 Conversor de aproximaciones sucesivas: es el empleado más comúnmente, aptopara aplicaciones que no necesita versión baja, pero a cambio poseen unarelación señal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

·5 Conversor rampa.

·6 Conversor doble-rampa.

3.2 Digital - Analógico

Convierten las señales digitales en cantidades eléctricas analógicas relacionadas enforma directa con el número de entradas codificado digitalmente. Los DAC efectuan susconversiones recibiendo la información en forma serial o paralela. La decisión deemplearlos en serie o paralelo se basa en el uso final, como por ejemplo eninstrumentos de medida como osciloscopios de almacenamiento digital se emplea laconversión de tipo paralela y en aplicaciones del control de proceso como válvulas sepuede efectuar en forma serie. El proceso es realizado por un conversor digital-analógico(CDA). Dicho proceso es justamente el inverso al que realiza el conversor analógico-digital (CAD). Se parte de muestras en formato digital (valores discretos), y éstas sedeben convertir en una señal analógica (valores continuos).

El conversor D/A asocia a cada valor binario un nivel de tensión previamenteestablecido, y genera muestras de tensión utilizando dichos niveles, aplicando unintervalo de tiempo constante entre muestras.

El registro acepta una entrada digital, sólo durante la duración de la señal convert.Después de la adquisición, el registro mantiene constante el número digital hasta que sereciba otro comando. Las salidas del registro controlan interruptores que permiten elpaso de 0 [V] o el valor de la fuente de voltaje de referencia . Los interruptores danacceso a una red sumadora resistiva que convierten cada bit en su valor en corriente y acontinuación la suma obteniendo una corriente total. El valor total alimenta a unamplificador operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de lasalida. Cada resistor de la rama esta ajustado según el bit que tenga a la entrada.

Luego, la tensión de salida de un conversor de n bits, esta dada por:

Donde cada an representa la información binaria ”0” o ”1”.

Con esta técnica se pueden fabricar conversores tipo ADC de 12 a 16 bit, sin embargo, laestabilidad de la fuente de poder y el ruido viene a jugar un papel crítico al aumentar elnúmero de bit. Un entorno de aplicación especialmente importante para los conversoresDAC es el audio, empujado por el desarrollo del disco compacto.

CONCLUSION

Los sistemas ADC y DAC son necesarios cuando se realiza porcesamiento digital deseñales, permiten el nexo entre ambos espacios, del mundo real y el digital. Son muyutilizados en sistemas de instrumentación y adquisición de datos. Cada convertidor poseesus propias característica y parámetros que lo definen. Estos parámetros y medidas setoman con respecto a curvas ideales de transferencia, o sea, cuando más se ajuste undeterminado modelo en su funcionamiento a estas curvas, más preciso será. Para obtenerun buen funcionamiento de cada convertidor, es importante destacar los parámetros queaporta el fabricante de cada dispositivo y las condiciones de trabajo en que fueronmedidas. En todo ADC el conjunto de bits obtenidos a la salida sea un reflejo lo másexacto posible del valor analógico correspondiente. Si el ADC, está situado a la salida deun sensor (que habitualmente aportan una señal de amplitud débil) es esencial que en laetapa de conversión no se genere un nivel de ruido que impida la conversión real de laseñal de entrada. La arquitectura más extendida entre los ADC es la basada en el método

de las aproximaciones sucesivas. Su éxito se fundamenta en conseguir tanto unaresolución como una velocidad aceptable para una gran variedad de aplicaciones.Normalmente se trata de redes resistivas conectadas a los bits de entrada, con cada valorde resistencia ajustado al valor del bit de entrada, como estructura básica. Losconversores se han enfrentado siempre a la dualidad velocidad y resolución, las diversasestructuras desarrolladas y disponibles comercialmente permiten adaptar un modelo paracada aplicación. Las configuraciones más frecuentes, atendiendo a criterios de velocidad,son: conversores lentos (de 1 a 100ms), que incluyen dispositivos de rampa y de escalera;los conversores medios (de 1μs a 1ms) abarcan los denominados aproximacionessucesivas; y los rápidos (entre 25 Mhz).