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convert. Después de la adquisición, el registro mantiene constante el número
digital hasta que se reciba otro comando. Las salidas del registro controlan
interruptores que permiten el paso de 0 [V] o el valor de la fuente de voltaje de
referencia . Los interruptores dan acceso a una red sumadora resistiva que
convierten cada bit en su valor en corriente y a continuación la suma
obteniendo una corriente total. El valor total alimenta a un amplificador
operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de la salida.
Cada resistor de la rama esta ajustado según el bit que tenga a la entrada
como se muestra en el esquema correspondiente a la Fig. 11.](https://image.slidesharecdn.com/expocircuitos-130629214924-phpapp02/85/Expo-circuitos-15-320.jpg)
Expo circuitos
- 1. Principios Eléctricos y Digitales Conversores Análogo-Digital y Digital-Análogo: Conceptos Básicos
- 2. INTRODUCCIÓN El desarrollo de los microprocesadores y procesadores digitales de señal (DSP), ha permitido realizar tareas que durante años fueron hechas por sistemas electrónicos analógicos. Por otro lado, como que el mundo real es análogo, una forma de enlazar las variables analógicas con los procesos digitales es a través de los sistemas llamados conversores de analógico - digital (ADC- Analogue to Digital Converter) y conversores digital - analógico (DAC- Digital to Analogue Converter). El objetivo básico de un ADC es transformar una señal eléctrica análoga en un número digital equivalente. De la misma forma, un DAC transforma un número digital en una señal eléctrica análoga la velocidad de conversión, la resolución, los rangos de entrada, etc.. Por ejemplo, una mayor cantidad de bit, implica mayor precisión, pero también mayor complejidad. Un incremento en un solo bit permite disponer del doble de precisión (mayor resolución), pero hace más difícil el diseño del circuito, además, la conversión podría volverse más lenta.
- 3. CONVERSIÓN BÁSICA DE SEÑALES Un transductor permite relacionar las señales del mundo real y sus análogas eléctricas. Para compatibilizar la información con un sistemas digital, se requiere de convertidores de datos del tipo ADC o DAC, según corresponda. El diagrama de bloques de la Fig.1 muestra la secuencia desde que la variable física entra al sistema hasta que es transformada a señal digital (código binario). Para dicha señal ingrese al convertidor análogo - digital, ésta debe ser muestreada, es decir, se toman valores discretos en instantes de tiempo de la señal análoga, lo que recibe el nombre de sampling. Matemáticamente es el equivalente a multiplicar la señal análoga por una secuencia de impulsos de periodo constante.
- 5. Para garantizar la toma de muestra y la conversión de forma correcta se debe conmsiderar la velocidad de muestreo, para lo cual el Teorema de Nyquist, establece que la frecuencia de muestreo fS , debe ser como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada como se indica.en (1). Si no ocurre esta situación, se tiene lugar el fenómeno denominado aliasing. fs > 2 · fm (1)
- 6. En el proceso inverso indicado en la Fig.2, en la cual la señal digital es transformada en señal eléctrica, para la recuperación de la señal eléctrica, la señal digital debe pasar por un convertidor del tipo digital - análogo. Esta señal modulada, es recuperada a través de un filtro pasa bajo e interpolada, obteniéndose la señal análoga equivalente.
- 7. III CARACTERÍSTICAS Características Estáticas: RESOLUCIÓN: Expresada en unidades de tensión, dependerá del escalón tomado como referencia con respecto a los niveles de tensión dado por el número de bit, por ejemplo, con n bit, habrá 2n niveles de tensión.
- 8. LA LINEALIDAD INTEGRAL Y EL DE LINEALIDAD DIFERENCIAL: Analizando la gráfica de transferencia entrada-salida en el caso ideal, el resultado es una línea recta formada por los puntos de transición de los valores de entrada que determinan cambios de nivel en la salida. Mientras más se ajuste el comportamiento real a esta recta, más preciso se considera al convertidor (ver Fig. 5).
- 9. MONOTONICIDAD: Un conversor es monotónico cuando un incremento de tensión en la entrada le corresponda un incremento en la salida, y para una disminución de la entrada, el correspondiente descenso. Si un convertidor no es monotónico, el resultado es la pérdida del código. Si para una determinada combinación de bit no hay un aumento en función de un incremento de la entrada, sino un descenso, se identificará el valor analógico con el código que viene a continuación lo que provoca la no monotonicidad.
- 10. VELOCIDAD: Siempre es importante disponer de una velocidad de muestreo que garantice la conversión de forma correcta, teniendo en cuenta el teorema de muestreo, según el cual la frecuencia de muestreo debe ser, como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada para que sea posible su digitalización.
- 11. CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS TIEMPOS DE CONVERSIÓN: Es el tiempo desde que se aplica la señal a convertir hasta que la señal (análoga ó digital) este disponible en la salida. Esto se determina de acuerdo a la ecuación.
- 12. TIEMPO DE ADQUISICIÓN: En el caso de conversores Análogo-Digital, es el tiempo durante el cual el sistema de muestreo y retención (Sample & Hold) debe permanecer en estado de muestreo (sample), para asegurarse que el consiguiente estado retención (hold) este dentro de la banda de error especificada para la señal de entrada. TIEMPO DE ASENTAMIENTO Es el intervalo de tiempo entre la señal de retención y el definitivo asentamiento de la señal (dentro de la banda de error especificada).
- 13. SLEW RATE: Es la velocidad a la cual el valor de la salida del S&H converge al valor muestreado deseado. El proceso de conversión análoga- digital requiere que la señal análoga de entrada permanezca en un valor constante de tal forma que el ADC pueda realizar su tarea en forma adecuada. Aparece aquí, un elemento llamado sample & hold, que toma una muestra de la señal seleccionada y mantiene su valor durante el tiempo que dura la conversión análoga - digital ó T&H (track & hold), que se limita a detectar pontualmente el nivel de la señal analógica. El circuito básico S&H es el que se muestra en la Fig. 9.
- 14. IV CONVERSORES TIPO DAC Convierten las señales digitales en cantidades eléctricas analógicas relacionadas en forma directa con el número de entradas codificado digitalmente. Los DAC efectúan sus conversiones recibiendo la información en forma serial o paralela. La decisión de emplearlos en serie o paralelo se basa en el uso final, como por ejemplo en instrumentos de medida como osciloscopios de almacenamiento digital se emplea la conversión de tipo paralela y en aplicaciones del control de proceso como válvulas se puede efectuar en forma serie. Un sistema tipo DAC se basa en el diagrama que se muestra en la Fig. 10.
- 15. 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 se reciba otro comando. Las salidas del registro controlan interruptores que permiten el paso de 0 [V] o el valor de la fuente de voltaje de referencia . Los interruptores dan acceso a una red sumadora resistiva que convierten cada bit en su valor en corriente y a continuación la suma obteniendo una corriente total. El valor total alimenta a un amplificador operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de la salida. Cada resistor de la rama esta ajustado según el bit que tenga a la entrada como se muestra en el esquema correspondiente a la Fig. 11.
- 16. V. CONVERSORES TIPO ADC Losdispositivos ADC convierten un nivel de tensión analógico en una palabra digital correspondiente. Si n es el número de bit obtenidos de la palabra, esto significa que habrá 2n niveles de tensión diferentes.
- 17. A. Convertidor Análogo - Digital De Rampa De Escalera. Se basa en la comparación de la señal analógica de entrada con una señal de rampa definida con precisión. Se usan un gran número de métodos para convertir señales analógicas a la forma digital, los que más usados son: Rampa de escalera, aproximaciones sucesivas, paralelo (flash), doble rampa, voltaje a frecuencia, tipo serie.
- 19. B. Convertidor Análogo - Digital Por Aproximaciones Sucesivas Es una técnica de conversión más efectiva que la anterior. Se utiliza ampliamente debido a su combinación de alta resolución y velocidad.
- 20. C. Convertidor Análogo - Digital Paralelo (Flash) Los conversores de tipo flash o conversión directa, parten de una concepción radicalmente opuesta: la velocidad es el objetivo básico de esta arquitectura y el costo que se debe pagar por ello es un circuito muy complejo aunque sencillo a nivel de concepto
- 21. D. Convertidor De Doble Rampa Los de tipo rampa tienen como punto fuerte la precisión , y al mismo tiempo, sólo pueden aplicarse a señales cuyo nivel oscile de forma muy lenta (un valor típico de velocidad de muestreo es de 10 muestras por segundo).
- 23. E. Convertidor Voltaje Frecuencia 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 alimentación.
- 24. F. Convertidor Serie. Dentro de los nuevos dispositivos, están los de conversión serie, la cual permite entregar una secuencia digital de ocho bit (o más) de salida en forma serial.
- 25. VI. Conclusiones Los sistemas ADC y DAC son necesarios cuando se realiza procesamiento digital de señales, permiten el nexo entre ambos espacios, del mundo real y el digital. Son muy utilizados en sistemas de instrumentación y adquisición de Datos. En todo ADC el conjunto de bits obtenidos a la salida sea un reflejo lo más exacto posible del valor analógico correspondiente.
- 26. La arquitectura más extendida entre los ADC es la basada en el método de las aproximaciones sucesivas. Su éxito se fundamenta en conseguir tanto una resolución como una velocidad aceptable para una gran variedad de aplicaciones Los conversores se han enfrentado siempre a la dualidad velocidad y resolución, las diversas estructuras desarrolladas y disponibles comercialmente permiten adaptar un modelo para cada aplicación.