conversiones analogigas digital

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MATERIA: FUNDAMENTO DE TELECOMUNICACCIONES UNIDAD TEMA: CONVERSION DE SEÑAL ANALÓGICA A DIGITAL Y VICEVERSA. ALUMNAS: INDIRA SAID SANTIAGO SANTIAGO GRACIELA AVENDAÑO MENDOZA CATEDRÁTICO: MARÍA DE LOS ÁNGELES MARTÍNEZ MORALES ESPECIALIDAD: ING. EN INFORMÁTICA TUXTEPEC, OAX, 14 DE ABRIL DEL 2013

Author: indirasaid

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MATERIA:FUNDAMENTO DE TELECOMUNICACCIONES

UNIDAD

TEMA:CONVERSION DE SEAL ANALGICA A DIGITAL Y VICEVERSA.

ALUMNAS:INDIRA SAID SANTIAGO SANTIAGO GRACIELA AVENDAO MENDOZA

CATEDRTICO: MARA DE LOS NGELES MARTNEZ MORALES ESPECIALIDAD:ING. EN INFORMTICA

TUXTEPEC, OAX, 14 DE ABRIL DEL 2013

INTRODUCCIN:

En Este trabajo encontrara la forma en que una seal analgica pasa a ser seal digital este proceso conocido como conversin A/D es necesario para utilizar las mejores propiedades de transmisin digital de las seales.

As mismo la conversin de una seal digital que pasa a ser seal analgica.

En la transmisin de una seal se requieren dos condiciones: Por un lado, se trata de reducir al mximo la ocupacin del canal de transmisin, para permitir la utilizacin por parte de otras seales; por otro lado, es necesario que la tcnica de digitalizacin utilizada permita una reproduccin de buena calidad de la seal de origen.

ANALISIS DEL PROCESO EN LA CONVERSIN DE SEAL ANALGICA A DIGITAL Y VICEVERSA.

CONVERSIN ANALGICA-DIGITALLa conversin analgica-digital (CAD) o digitalizacin consiste en la transcripcin de seales analgicas en seales digitales, con el propsito de facilitar su procesamiento (codificacin, compresin, etc.) y hacer la seal resultante (la digital) ms inmune al ruido y otras interferencias a las que son ms sensibles las seales analgicas. DIGITALIZACIN: La digitalizacin o conversin analgica-digital (conversin A/D) consiste bsicamente en realizar de forma peridica medidas de la amplitud (tensin) de una seal (por ejemplo, la que proviene de un micrfono si se trata de registrar sonidos, de un sismgrafo si se trata de registrar vibraciones o de una sonda de un osciloscopio para cualquier nivel variable de tensin de inters), redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensin (conocidos como niveles de cuantificacin) y registrarlos como nmeros enteros en cualquier tipo de memoria o soporte. La conversin A/D tambin es conocida por el acrnimo ingls ADC (analogue to digital converter).

Existen cuatro procesos que intervienen en la conversin analgica-digital: *Muestreo:El muestreo (en ingls, sampling) consiste en tomar muestras peridicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el nmero de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

*Retencin (en ingls, hold):Las muestras tomadas han de ser retenidas (retencin) por un circuito de retencin (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificacin). Desde el punto de vista matemtico este proceso no se contempla, ya que se trata de un recurso tcnico debido a limitaciones prcticas, y carece, por tanto, de modelo matemtico.

*Cuantificacin:En el proceso de cuantificacin se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una seal analizada a un nico nivel de salida. Incluso en su versin ideal, aade, como resultado, una seal indeseada a la seal de entrada: el ruido de cuantificacin.

*Codificacin:La codificacin consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificacin al cdigo binario. Hay que tener presente que el cdigo binario es el ms utilizado, pero tambin existen otros tipos de cdigos que tambin son utilizados.

*Durante el muestreo y la retencin, la seal an es analgica, puesto que an puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificacin, cuando la seal ya toma valores finitos, la seal ya es digital.

Los cuatro procesos tienen lugar en un conversor analgico-digital.

PAM: Modulacin por amplitud de pulsos o Pulse Amplitude - Modulation, es la ms sencilla de las modulaciones digitales. Consiste en cambiar la amplitud de una seal, de frecuencia fija, en funcin del smbolo a transmitir. PCM Solo modula. Para que sea til (la seal sea realmente digital) hace falta codificar. Esto lo hace PCM

PCM (Modulacin por Pulsos Codificados)

- Se Realiza Por Tres Pasos Muestreo: Nyquist concluyo que muestras tomadas en intervalos regulares de tiempo pueden ser usadas para transmitir una seal. Una seal continua que no contenga componentes espectrales mayores que la frecuencia B est determinada en forma

nica por sus valores en intervalos uniformes menores a 1/2B. Expresado en trminos de frecuencia, establece que la "frecuencia de muestreo debe ser mayor o igual al doble de la frecuencia mxima de la seal muestreada - Tomando la voz humana como ejemplo, se tiene: fs= 2fmax Donde: fmax= 4kHz Banda de la voz humana Por lo tanto, las muestras se tomaran a un intervalo de tiempo de 125us. Ts=1/ [2(fmax)]

2)Cuantizacin: Representa la amplitud de un muestra por la amplitud del nivel discreto ms cercano. Cada valor de muestra tendr que ser representado por un cdigo. El numero de niveles de cuantizacin "M" esta estrechamente relacionado con el numero de bits "n" que son necesarios para codificar una seal. En casos prcticos se usan 8 bits para codificar cada muestra, por lo tanto se tiene: M=2= 256 niveles 3)Codificacin: Despus de ser cuantizada, la muestra de entrada, esta limitada a 256 valores discretos. La mitad de estas son muestras codificadas positivas, la otra mitad son muestras codificadas negativas. Existen muchos cdigos diferentes: -Natural. - Simtrico. ADC (Analog to-Digital Converter - Conversor Analgico Digital, Efecta siguientes pasos:

Muestreo de la seal analgica:

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

Cuantizacin de la seal analgica: Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantizacin (quantization) de la seal analgica. Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la seal analgica original. Codificacin de la seal en cdigo binario: Despus de realizada la cuantizacin, los valores de las tomas de voltajes se representan numricamente por medio de cdigos y estndares previamente establecidos. Lo ms comn es codificar la seal digital en cdigo numrico binario.

VENTAJAS: No introduce ruidos en la transmisin. Se guarda y procesa mucho ms fcilmente que la analgica. Posibilita almacenar grandes cantidades de datos en diferentes soportes Permite detectar y corregir errores con ms facilidad. Las grabaciones no se deterioran con el paso del tiempo como sucede con las cintas analgicas. Permite realizar regrabaciones sucesivas sin que se pierda ninguna generacin y, por tanto, calidad. Permite la compresin para reducir la capacidad de almacenamiento. Facilita la edicin visual de las imgenes y del sonido en un ordenador o computadora personal, utilizando programas apropiados. El rayo lser que graba y reproduce la informacin en CDs y DVDs nunca llega a tocar fsicamente su superficie. No la afecta las interferencias atmosfricas (esttica) ni de otro tipo cuando se transmite por va inalmbrica, como ocurre con las transmisiones analgicas.

DESVENTAJAS: Para su transmisin requiere un mayor ancho de banda en comparacin con la analgica. La sincronizacin entre los relojes de un transmisor inalmbrico digital y el receptor requiere que sea precisa, como ocurre con el GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamiento Global). Las transmisiones de las seales digitales son incompatibles con las instalaciones existentes para transmisiones analgicas.

Comparacin de las seales analgica y digitalUna seal analgica es aquella cuya amplitud (tpicamente tensin de una seal que proviene de un transductor y amplificador) puede tomar en principio cualquier valor, esto es, su nivel en cualquier muestra no est limitado a un conjunto finito de niveles predefinidos como es el caso de las seales cuantificadas. Esto no quiere decir que se traten, en la prctica de seales de infinita precisin (un error muy extendido): las seales analgicas reales tienen todas un ruido que se traduce en un intervalo de incertidumbre. Esto quiere decir que obtenida una muestra de una seal analgica en un instante determinado, es imposible determinar cul es el valor exacto de la muestra dentro de un intervalo de incertidumbre que introduce el ruido. Por ejemplo, se mide 4,3576497 V pero el nivel de esa muestra de la seal de inters puede estar comprendida entre 4,35 V y 4,36 V y no es fsicamente posible determinar sta con total precisin debido a la naturaleza estocstica del ruido. Slo el ms puro azar determina qu valores se miden dentro de ese rango de incertidumbre que impone el ruido. Y no existe (ni puede existir) ningn soporte analgico sin un nivel mnimo de ruido, es decir, de infinita precisin. Por otro lado, si se pudiera registrar con precisin infinita una seal analgica significara, de acuerdo con la Teora de la Informacin, que ese medio servira para registrar infinita informacin; algo totalmente contrario a las leyes fsicas fundamentales de nuestro universo y su relacin con la entropa de Shannon. En cambio, una seal digital es aquella cuyas dimensiones (tiempo y amplitud) no son continuas sino discretas, lo que significa que la seal necesariamente ha de tomar unos determinados valores fijos predeterminados en momentos tambin discretos.

Las seales analgicas no se diferencian, por tanto, de las seales digitales en su precisin (precisin que es finita tanto en las analgicas como en las digitales) o en la fidelidad de sus formas de onda (distorsin). Con frecuencia es ms fcil obtener precisin y preservar la forma de onda de la seal analgica original (dentro de los lmites de precisin impuestos por el ruido que tiene antes de su conversin) en las seales digitales que en aqullas que provienen de soportes analgicos, caracterizados tpicamente por relaciones seal a ruido bajas en comparacin.

EJEMPLO DE CONVERSIN DE SEAL ANALOGICA A DIGITAL:Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no puede interpretar seales analgicas, ya que slo utiliza seales digitales. Es necesario traducir, o transformar en seales binarias, lo que se denomina proceso de digitalizacin o conversin de seales analgicas a digitales. En la grfica inferior se observa una seal analgica, que para ser interpretada en un ordenador ha de modificarse mediante digitalizacin. Un medio simple es el muestreado o sampleado. Cada cierto tiempo se lee el valor de la seal analgica. 1. Si el valor de la seal en ese instante est por debajo de un determinado umbral, la seal digital toma un valor mnimo (0). 2. Cuando la seal analgica se encuentra por encima del valor umbral, la seal digital toma un valor mximo (1). 3. El momento en que se realiza cada lectura es ordenado por un sistema de sincronizacin que emite una seal de reloj con un perodo constante. Estas conversiones analgico-digitales son habituales en adquisicin de datos por parte de un ordenador y en la modulacin digital para transmisiones y comunicaciones por radio. *EJEMPLO: La msica en el formato digital se almacena en el CD. Un sistema ptico de diodos lser lee los datos digitales del disco cuando ste gira y los transfiere al conversor digital-analgico. Este transforma los datos digitales en una seal analgica que es la reproduccin elctrica de la msica original. Esta seal se amplifica y se enva al altavoz para poder disfrutarla. Cuando la msica original se grab en el CD se utiliz un proceso que esencialmente, era el inverso del descrito aqu, y que utilizaba un conversor analgico-digital.

CONVERSION DE SEAL DIGITAL A ANALGICA:El proceso realizado por el conversor digital analgico (CDA) es justamente el inverso al que realiza el conversor analgico digital (CAD), como ya se ha observado. Se parte de muestras en formato binario, y stas se deben convertir en una seal analgica (continua en el tiempo y la amplitud). La conversin digital a analgico es el proceso de cambiar una de las caractersticas de una seal de base analgica en informacin basada en una seal digital (ceros y unos). Por ejemplo, cuando se transmiten datos de una computadora a otra a travs de una red telefnica pblica, los datos originales son digitales, pero debido a los cables telefnicos transportan seales analgicas es necesario convertir dichos datos. Los datos digitales deben ser modulados sobre una seal analgica que ha sido manipulada para aparecer como dos valores distintos correspondientes al 0 y al 1 binario. Ejemplo:

El CDA asocia a cada valor binario un nivel de tensin previamente establecido, y genera muestras de tensin utilizando dichos niveles, aplicando un intervalo de tiempo constante entre muestras. La cuestin a resolver es la siguiente: cmo unir una muestra con la que le sucede? En efecto, dicha unin es necesaria para hacer que la seal vuelva a ser continua en el tiempo. Existen muchas tcnicas que hacen esto posible. La ms sencilla consiste en mantener el nivel de tensin de una muestra hasta que llegue la muestra siguiente. Otras tcnicas ms complejas emplean la muestra actual y las muestras anteriores para predecir la siguiente muestra. Despus de este proceso, la seal an presenta cierto grado de distorsin. Por ello, se suele aplicar un proceso de filtrado que suaviza la seal. Si la frecuencia

de muestreo y la resolucin han sido apropiadas, la seal resultante ser una buena reconstruccin de la seal original. Un conversor digital-analgico (DAC) es un dispositivo que recibe una informacin digital en forma de una palabra de n-bits, y la transforma en una seal analgica. La transformacin se realiza mediante una correspondencia entre 2n combinaciones binarias posibles en la entrada y 2n tensiones (o corrientes) discretas obtenidas a partir de una tensin de referencia (VREF). La seal analgica as obtenida no es una seal continua, sino que se obtiene un nmero discreto de escalones como consecuencia de la discretizacin de la entrada.

Tambin Digital to Analogue Converter es un dispositivo para convertir datos digitales en seales de corriente o de tensin analgica. APLICACIONES DE LOS DACS Las aplicaciones ms significativas del DAC son; En instrumentacin y control automtico, permiten obtener, de un instrumento digital, una salida analgica para propsitos de graficacin, indicacin o monitoreo, alarma, etc. El control por computadora de procesos en la experimentacin, se requiere de una interface que transfiera las instrucciones digitales de la computadora al lenguaje de los actuadores del proceso que normalmente es analgico.

En comunicaciones, especialmente en cuanto se refiere a telemetra transmisin de datos, se traduce la informacin de los transductores de forma analgica original, a una seal digital, la cual resulta ms adecuada para la transmisin. Hay que definir qu tan exacta ser la conversin entre la seal analgica y la digital, para lo cual se define la resolucin que tendr. La resolucin se define de dos maneras: Primero se define el nmero mximo de bits de salida. Este dato permite determinar el nmero mximo de combinaciones en la salida digital. Este nmero mximo est dado por: 2n donde n es el nmero de bits. Tambin la resolucin se entiende como el voltaje necesario (seal analgica) para lograr que en la salida (seal digital) haya un cambio del bit menos significativo. (LSB) Para hallar la resolucin se utiliza la siguiente frmula: Resolucin = VoFS / [2n 1] Donde: - n = nmero de bits del ADC - VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener una conversin mxima (todas las salidas son "1") El DAC ms sencillo que se puede concebir consta simplemente de una tensin de referencia y de un grupo de resistencias que se conectan o no de acuerdo al estado de un interruptor asociado

La tensin de salida del amplificador operacional viene dada por:

Donde: Vo: Es la tensin de salida de operacional. VREF: Es la tensin de referencia. Rr: Es la resistencia de realimentacin del amplificador operacional. S0, S1, S2, S3 son los valores lgicos (0 o 1) de los correspondientes bits.

CONVERSIN DE ANALOGICO A ANALOGICO:Es la representacin de informacin analgica mediante una seal analgica.la radio, esa utilidad familiar, es un ejemplo de una comunicacin de analgico a analgico. Se puede conseguir de tres formas: modulacin en amplitud (AM), modulacin en frecuencia (FM) y modulacin en fase (PM).

MODULACION EN AMPLITUD (AM) En transmisin AM (Amplitude Modulation), la seal portadora se modula de forma que su amplitud varie con los cambios de amplitud de la seal modulada. La frecuencia y la fase de la portadora son siempre las mismas; solamente la amplitud cambia para seguir las variaciones en la informacin. MODULACION EN FRECUENCIA (FM). En la transmisin FM (Frequency Modulation), se modula la frecuencia de la seal portadora para seguir los ca,bios en los niveles de voltaje (amplitud) de la seal modulada. La amplitud pico y la fase de la seal portadora permanecen constantes pero a medida que la amplitud de la seal de informacin cambia, la frecuencia de la portadora cambia de forma correspondiente.

MODULACION EN FASE (PM) Debido a los requisitos de hardware mas sencillos, la modulacin en fase (PM, Phase Modulation) se usa en algunos sistemas como alternativa a la modulacin en frecuencia. En la transmisin PM, la fase de la seal portadora se modula para seguir los cambios de voltaje (amplitud) de la seal modulada. La amplitud pico y la frecuencia de la seal portadora permanecen constantes, pero a medida que la seal de informacin cambia, la fase de la portadora cambia de forma correspondiente. Los anlisis y el resultado final (seal modulada) son similares a los de la modulacin en frecuencia. Ejemplo: Modulacin en Amplitud (AM) *Uso de una frecuencia portadora Modulacin en Frecuencia (FM) *Espectro de frecuencias *Una emisora utiliza 200Khz de banda Modulacin en fase (PM) *Similar a FM Para la transmisin de seales analgicas mediante modulacin analgica existen 2 razones: Los medios no guiados necesitan una mayor frecuencia para una transmisin ms efectiva. La modulacin permite la multiplexacin por divisin de frecuencias. Las tcnicas de modulacin de datos analgicos son: 1) Modulacin en Amplitud (AM) 2) Modulacin en Frecuencia (FM) 3) Modulacin en Fase (PM) Datos Analgicos, Seales Digitales

Es ms concreto referirse a este proceso como la conversin de datos analgicos a datos digitales: este proceso se denomina tambin digitalizacin. El dispositivo que se utiliza para la conversin de los datos analgicos en digitales, y que posteriormente recupera los datos analgicos iniciales de los digitales se denomina CODEC (codificador - decodificador). Existen dos tcnicas utilizadas por el CODEC que son: * Modulacin por Codificacin de impulsos * Modulacin delta

Bibliografa(n.d.). Retrieved from http://www.ingenierias.ugto.mx/profesores/ljavier/documentos/Lec01%20%20Teorema%20de%20Muestreo.pdf (n.d.). Retrieved from http://www.ecured.cu/index.php/Conversi%C3%B3n_Digital_Anal%C3%B3gica (n.d.). Retrieved from http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital (n.d.). Retrieved from http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital (n.d.). Retrieved from http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20070822klpingtcn_134.Ges.SCO.png (n.d.). Retrieved from http://es.slideshare.net/diegotat/conversion-seal-analgica-a-digital-yviceversa-presentation (n.d.). Retrieved from http://www.slideshare.net/diegotat/conversion-seal-analgica-a-digital-yviceversa-presentation