conversores digital analógico y analógico digital

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  • 5/25/2018 Conversores Digital Analgico y Analgico Digital

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    CONVERSORES ANALOGICO

    DIGITAL Y DIGITAL

    ANALOGICO

    DAC y ADC

    14 DE JUNIO DE 2013

    DERICK GRAMAJO

  • 5/25/2018 Conversores Digital Analgico y Analgico Digital

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    ndice

    Introduccin.3

    Contenido..4

    Conclusiones.17

    Recomendaciones....18

    Comentario. ..19

    Fuente de Informacin..20

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    Introduccin

    Desde el origen humano la tecnologa ha ido desarrollndose con nosotros que hemos sustituido un

    modelo de tecnologa enorme y a la vez lenta a una mucho ms rpida y a la vez ms pequea,

    teniendo el conocimiento que antiguamente se usaba todo lo analgico y no lo digital haciendo as

    que a la vez no fuera tan eficiente como uno deseaba creando cierto rangos de error en si muchos

    problemas hasta que revoluciono lo sistema digital.

    El mundo siempre ha sido analgico que nunca da valores exactos es decir que no cambia de blanco

    al negro sin tener valores intermedios pero el ser humano necesita valores digitales para poder

    trabajar y a la vez los valores digitales tambin los necesita anlogos para usarlos en el mundo por

    estos motivos y otros. El hombre ha creado varios tipos de convertidores de estas seales ya tanto

    de anlogo a digital como de digital a anlogo.

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    Conversores Anlogo-Digital y Digital-Anlogo:

    El desarrollo de los microprocesadores y procesadores digitales de seal (DSP), ha permitido realizar

    tareas que durante aos fueron hechas por sistemas electrnicos analgicos. Por otro lado, como

    que el mundo real es anlogo, una forma de enlazar las variables analgicas con los procesos

    digitales es a travs de los sistemas llamados conversores de analgico - digital (ADC- Analogue toDigital Converter) y conversores digital - analgico (DAC- Digital to Analogue Converter).

    El objetivo bsico de un ADC es transformar una seal elctrica anloga en un nmero digital

    equivalente. De la misma forma, un DAC transforma un nmero digital en una seal elctrica

    anloga.

    Esta funcin exige que los pasos intermedios se realicen de forma ptima para no perder

    informacin. Segn el tipo de componente y su aplicacin existen distintos parmetros que lo

    caracterizan, stos pueden ser: la velocidad de conversin, la resolucin, los rangos de entrada, etc.

    Por ejemplo, una mayor cantidad de bit, implica mayor precisin, pero tambin mayor complejidad.

    Un incremento en un solo bit permite disponer del doble de precisin (mayor resolucin), pero hace

    ms difcil el diseo del circuito, adems, la conversin podra volverse ms lenta. Dentro de las de

    aplicaciones de estos sistemas est el manejo de seales de vdeo, audio, los discos compactos,

    instrumentacin y control industrial. En los siguientes apartados se describen los conceptos bsicos

    de conversin de seal, tcnica de implementacin para los ADC o DAC, caracterstica y parmetros

    que los definen. Se revisarn las configuraciones ms clsicas, atendiendo a criterios de velocidad y

    manejo de datos, como tambin los nuevos productos disponibles en el mercado.

    CONVERSIN BSICA DE SEALES

    Un transductor permite relacionar las seales del mundo real y sus anlogas elctricas. Para

    compatibilizar la informacin con un sistema digital, se requiere de convertidores de datos del tipo

    ADC o DAC, segun corresponda. El diagrama muestra la secuencia desde que la variable fsica entra

    al sistema hasta que es transformada a seal digital (cdigo binario). Para dicha seal ingrese al

    convertidor anlogo - digital, sta debe ser muestreada, es decir, se toman valores discretos en

    instantes de tiempo de la seal anloga, lo que recibe el nombre de sampling. Matemticamente es

    el equivalente a multiplicar la seal anloga por una secuencia de impulsos de periodo constante.

    Como resultado se obtiene un tren de impulsos con amplitudes limitadas por la envolvente de la

    seal analgica.

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    Fig. 1. Conversin anlogo - digital.

    Para garantizar la toma de muestra y la conversin de forma correcta se debe conmsiderar la

    velocidad de muestreo, para lo cual el Teorema de Nyquist, establece que la frecuencia de muestreo

    f S, debe ser como mnimo el doble que el ancho de banda de la seal muestreada comose indica.en

    (1). Si no ocurre esta situacin, se tiene lugar el fenmeno denominado aliasing.

    F s > 2 fm (1)

    En el proceso inverso indicado en la Fig.2, en la cual la seal digital es transformada en seal

    elctrica, para la recuperacin de la seal elctrica, la seal digital debe pasar por un convertidor

    del tipo digital - anlogo. Esta seal modulada, es recuperada a travs de un filtro pasa bajo e

    interpolada, obtenindose la seal anloga equivalente.

    Fig. 2. Proceso de conversin digital - anlogo.

    CaractersticasLa data digital es un nmero binario que se define considerando desde el bit de mayor peso (MSB,

    More Significative Bit) al bit de menor peso (LSB, Least Significative Bit) como se muestra en la Fig.3.

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    Fig. 3. Data digital.

    Cada conversor ADC DAC, est determinado por una funcin de transferencia ideal de entrada -

    salida (ver Fig.4), que muestra la equivalencia entre el mundo digital y el anlogo.

    Fig. 4. Curva de entrada - salida de un conversor ADC DAC.

    En el caso de una seal unipolar entre 0 a 10 [V], suequivalente digital para n bits sera entre 00..00

    para 0[V] (zero - scale), 10..00 para 5[V] y 11..11 a 10[V] (full - scale).

    A. Caractersticas Estticas

    A.1 Resolucin:

    Expresada en unidades de tensin, depender del escaln tomado como referencia con respecto a

    los niveles de tensin dado por el nmero de bit, por ejemplo, con n bit, habr 2 n niveles de tensin.

    En la prctica corresponde el valor de un LSB (bit menos significativo).

    Fullscale resolucin = fullscale

    2 nA.2 La linealidad integral y el de linealidad diferencial:

    Analizando la grfica de transferencia entrada-salida en el caso ideal, el resultado es una lnea recta

    formada por los puntos de transicin de los valores de entrada que determinan cambios de nivel en

    la salida. Mientras ms se ajuste el comportamiento real a esta recta, ms preciso se considera al

    convertidor (ver Fig. 5).

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    Fig. 5. Curva de entrada - salida lineal.

    La mxima desviacin entre la grfica real y la recta ideal se define como linealidad integral, y se

    expresa en LSB, porcentaje del valor de fondo de escala (%FSR- Font scale range). Como valor tpico

    de linealidad integral es 0.5 LSB, con lo que es necesario que el conversor garantice, y para todas

    las condiciones de trabajo este valor. Si difiere en ms de 0.5 LSB (tanto por encima como por

    debajo), se corre el riesgo de que identifique un valor con una combinacin de bit que no le

    corresponde, y proporcionando de este modo un resultado errneo.

    La linealidad diferencial corresponde a la desviacin mxima a partir de la amplitud ideal (1 LSB), y

    se expresa utilizando las mismas unidades que la linealidad integral.

    Fig. 6. Linealidad Diferencial.

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    A.3 Monotonicidad:

    Un conversor es monotnico cuando un incremento de tensin en la entrada le corresponda un

    incremento en la salida, y para una disminucin de la entrada, el correspondiente descenso. Si un

    convertidor no es monotnico, el resultado es la prdida del cdigo. Si para una determinada

    combinacin de bit no hay un aumento en funcin de un incremento de la entrada, sino un

    descenso, se identificar el valor analgico con el cdigo que viene a continuacin lo que provoca la

    no monotonicidad

    Fig. 7. Error de monotonicidad.

    A.4 El error de ganancia, el error de Desplazamiento (off-set) y el error de cuantificacin:

    En trminos generales corresponden a la comparacin y diferencia mxima entre la curva de

    transferencia ideal y la real en todo el margen de medidas. El error de ganancia es un parmetro

    que muestra la precisin de la funcin de transferencia del convertidor respecto a la ideal y se

    expresa en LSB (% FSR- font scale range).El error de off- set, se toma cuando todos los bit de entrada

    son ceros en el caso de un DAC, grficamente se representa como un desplazamiento constante detodos los valores de la curva caracterstica, como se muestra en la Fig. 8.

    Fig. 8. Error de Offset.

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    A.5 Velocidad:

    En algunas aplicaciones, es necesario disponer de un convertidor capaz de tratar seales de elevada

    frecuencia. Siempre es importante disponer de una velocidad de muestreo que garantice la

    conversin de forma correcta, teniendo en cuenta el teorema de muestreo, segn el cual la

    frecuencia de muestreo debe ser, como mnimo el doble que el ancho de banda de la seal

    muestreada para que sea posible su digitalizacin. Como es lgico, la rapidez del conversor depende

    tambin del nmero de bits a la salida.

    El cdigo resultante se ve influida tambin, por el nivel de ruido que genera la conversin. Es

    interesante saber que la relacin seal/ruido sea lo ms elevada posible. La generacin de seales

    espurias tambin influyen negativamente sobre el func

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