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  • ConvertidoresDigital-Analgico

    yAnalgico-Digital

  • 2

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-Digital

    Con estos circuitos se trata de conseguir una relacin biunvoca entre una seal analgica y una digital o viceversa.

    Las magnitudes fsicas son analgicas y normalmente el procesado de seal se realiza de forma digital, de ah la necesidad de los convertidores ADC.

    Tambin puede ser necesario actuar sobre un sistema analgico una vez procesada una seal de forma digital por lo que se hace necesario un convertidor DAC.

  • 3

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-Digital

    Caractersticas de los ADC

    Entrada

    Nmero de canales

    Tipo de seal (tensin o corriente)

    Mrgen de valores (mximo y mnimo)

    Polaridad (unipolar, bipolar)

    Tensin de referencia (interna o externa, exactitud)

  • 4

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-Digital

    Caractersticas de los ADC

    Salida

    Nmero de bits (resolucin)

    Cdigo de salida (binario, BCD)

    Formato (serie, paralelo)

    Velocidad de salida (bit rate)

    Niveles de tensin de salida

    Existencia de latches...

  • 5

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-DigitalCaractersticas de los ADC

    Relacin entrada-salida

    Exactitud (determinada por los errores)

    Velocidad de conversin

  • 6

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-DigitalCaractersticas de los ADC

    Errores en los ADCSALIDADIGITAL

    000

    001

    010

    011

    100

    101

    110

    111CA/D

    Vi / Vref0 1,0

    Ideal para3 bits

    Real para3 bits

    ERRORDE

    CERO

    SALIDADIGITAL

    000

    001

    010

    011

    100

    101

    110

    111CA/D

    Vi / Vref0 1,0

    Ideal para3 bitsG = 1

    Real para3 bitsG > 1

    >1 LSB (a) (b)

    Error deGanancia

    Punto deGananciaNominal

    Punto deGanancia

    Real

    LSB21

    VV

    ELSBi

    01..00icero =

    LSBi

    GRiGNiganancia V

    VVE

    =

  • 7

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-DigitalCaractersticas de los ADC

    Errores en los ADC

    Vi / Vref

    Vi/Vref

    SALIDADIGITAL

    000

    001

    010

    011

    100

    101

    110

    111CA/D

    0 1,0

    Prdidade

    Cdigo

    e

    +0,5LSB

    - 0,5LSB

    No-linealidadintegral

    +1LSB

    -1LSB

    1LSB

    No-linealidaddiferencial

  • 8

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-DigitalCaractersticas de los ADC

    Parmetros bsicos a considerar en la eleccin de un ADC

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-Digital

    Nmero de canales

    Tipo de canales (unipolares, bipolares)

    Margen de tensin de entrada

    Resolucin (en nmero de bits)

    Exactitud

    Tensin de referencia necesaria

    Velocidad (frecuencia de conversin)

    Funciones adicionales a la entrada (multiplexado, muestreo, ganacia programable, entradas de bajo nivel)

    Funciones adicionales a la salida (latches)

    Condiciones ambientales

    Formato de la seal de salida (binario, BCD)

    Control de la conversin (interrupciones, control de estado)

  • 9

    Caractersticas de los DAC

    Son anlogas a las de los ADC con la salvedad de que la entrada es digital y la salida analgica (tensin o corriente). Se habla, por ejemplo de error de cero a la salida y no linealidad de salida. Para la velocidad y el tiempo de conversin se considera una determinada banda de error alrededor del valor final considerado.

    Conversin Digital-Analgica y Analgica-Digital

  • 10

    Conversin Digital-Analgica

    Un DAC lineal, con cdigo de entrada binario puro, obtiene a partir de una palabra digital de n bits, Dn-1Dn-2D1D0, 2n niveles discretos de tensin o corriente, segn la relacin:

    donde VFE es el valor de fondo de escala. El valor mximo de VO es:

    ( )nnnnFEO DDDDVV ++++= 2222 0112211

    n

    n

    FEOmax VV 212

    =

  • 11

    Conversin Digital-Analgica

    L

    Onn

    nnrefO R

    VR

    DR

    DR

    DR

    DVI =

    ++++=

    10

    2121

    222

    DAC de resistencias ponderadas

    En la figura la corriente en la masa virtual es:

    y la tensin de salida:

    +++++=

    1

    02

    1321 2242 nn

    nnn

    LrefO

    DDDDDRRVV

  • 12

    Conversin Digital-Analgica

    DAC con red en escalera

    V

    RRVVO 2

    1=

  • 13

    Conversin Digital-Analgica

    DAC con red en escalera (caso 1000)

    333ref

    refn

    VRRVV ==

  • 14

    Conversin Digital-Analgica

    DAC con red en escalera (caso 0100)

    32ref

    n

    VV =

    622

    3refn

    n

    VVV ==

  • 15

    Conversin Digital-Analgica

    DAC con red en escalera (caso 0010)

    31ref

    n

    VV =

    621

    2refn

    n

    VVV ==

    1222

    3refn

    n

    VVV ==

  • 16

    Conversin Digital-Analgica

    DAC con red en escalera (caso 0001)

    242

    122

    62

    3

    23

    12

    01

    0

    refnn

    refnn

    refnn

    refn

    VVV

    VVV

    VVV

    VV

    ==

    ==

    ==

    =

  • 17

    Conversin Digital-Analgica

    DAC con red en escalera

    A partir de esto se puede deducir cualquier combinacin de bits de entrada aplicando el teorema de superposicin.

    Adems sabemos que:

    por lo que podemos decir:

    RRVV nO 2

    13=

    ++++=

    1

    02

    121 2222

    13 nn

    nn

    refO

    DDDDR

    RVV

  • 18

    Conversin Analgica-Digital

    Un ADC convierte una seal analgica a la entrada (tensin o corriente) en una palabra digital en un cdigo determinado (paralelo o serie) segn una relacin determinada.

    Existen gran cantidad de tipos de ADC (muchos ms que DAC), una posible clasificacin podra ser:

    ADC directos

    Sin realimentacin (paralelos o flash)

    Con realimentacin

    Bit a bit (aprox. sucesivas)

    No bit a bit (servo o tracking)

    ADC indirectos

    Sin realimentacin

    Por intervalo de tiempo (rampa sencilla, doble o triple)

    Por frecuencia (convertidor V/F)

    Con realimentacin

  • 19

    Conversin Analgica-Digital

    Convertidor Analgico-Digital paralelo (flash)

  • 20

    Conversin Analgica-Digital

    Convertidor Analgico-Digital paralelo (flash)

    Aumento de la resolucin a costa de la velocidad de un ADC tipo flash

  • 21

    Conversin Analgica-Digital

    Convertidor Analgico-Digital por aproximaciones sucesivasEste tipo de convertidores consiguen un buen compromiso entre velocidad de conversin y complejidad del circuito.

  • 22

    Conversin Analgica-Digital

    Convertidor Analgico-Digital tipo servoEl contador bidireccional cuenta desde cero hasta un valor que hace que el DAC de una salida igual a la entrada analgica, una vez llegado a este punto cualquier variacin en la entrada se traduce en un incremento o decremento del contador para seguir a la entrada.

  • 23

    Conversin Analgica-DigitalConvertidor Analgico-Digital tipo sigma-delta

  • 24Date: October 18, 2001

    (A) mod_delta.dat

    0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us

    TimeV(Sal_latch)

    5.0V

    0VSEL>>

    Limitacion

    (Slew rate)

    V(Entrada) V(Condensador)

    10V

    0V

    -10V

    Conversin Analgica-DigitalConvertidor Analgico-Digital tipo sigma-delta

  • 25

    Conversin Analgica-DigitalConvertidor Analgico-Digital tipo sigma-delta

  • 26

    Conversin Analgica-DigitalConvertidor Analgico-Digital tipo sigma-delta

  • 27Date: October 23, 2001

    (A) delta_sigma.dat

    0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us

    TimeV(Sal_latch)

    5.5V

    4.0V

    2.0V

    0V

    V(Entrada) V(Condensador)

    10V

    0V

    -10VSEL>>

    doble frec muestreo

    Conversin Analgica-DigitalConvertidor Analgico-Digital tipo sigma-delta

  • 28

    La rampa ser:

    el tiempo en alcanzar Vi:

    Conversin Analgica-Digital

    Convertidor Analgico-Digital con integrador de rampa sencillaEn el momento inicial el integrador y el contador se ponen a 0. El integrador genera una rampa que mientras no alcance el valor de Vi permite el paso de pulsos al contador. Una vez que llegue a Vi se bloquea el reloj y se obtiene una salida digital en el contador proporcional al tiempo que tarda en llegar a ese valor.

    tRCV

    V refO =

    ref

    i

    refi

    VRCVT

    TRCV

    V

    =

    =

    1

    1

    ref

    i

    VRCfVfTN == 1

  • 29

    Conversin Analgica-Digital

    Convertidor Analgico-Digital con integrador de doble rampa

    T1 T2

    -V

    Vo1Vo2

    Vo

    t

    fVV

    VTVT

    RCTV

    RCTV

    RCTV

    VRC

    TVVV

    RCtV

    VV

    RCTVV

    RCTVVTt

    RCtVV

    fT

    ref

    ni

    ref

    irefi

    refrefO

    refO

    ii

    iO

    n

    =

    =

    =

    =

    +==

    +=

    =

    ==

    ==

    2

    00 Cuando

    En

    2

    12

    21

    222

    2

    111

    11

    n

    ref

    i

    VVfTN 22 ==

  • 30

    Otros convertidores

    Convertidor tensin-frecuencia

    A

    B

    11

    11

    1 TRVIQ

    CQV i

    ==

  • 31

    =

    11

    11 R

    VICTV i

    Convertidor Tensin-Frecuencia

    Durante el impulso del monostable:

    Una vez cortada la fuente de corriente:

    =

    =

    ==

    =