Principios Electricos Y Aplicaciones Digitales

UNIDAD 3: CONVERTIDORES

3.1.- Analógico / Digital A/D

Un conversor o convertidor analógico-digital (CAD), o también ADC del inglés ("Analog-to-Digital Converter") es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario, Se utiliza en equipos electrónicos como computadora, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta 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 el rango 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 y cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor análogo digital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de entre 0 y 5 voltios y su resolución será respectivamente:

Resolución =. (Valor analogico)/2^8

Resolución= =5V/256

Resolución = 0.0195v o 19.5mv.

Resolución = LSB

Lo anterior quiere decir que por cada 19.5 milivoltios que aumente el nivel de tensión entre las entradas nomencladas como "Vref+" y "Vref-" que ofician de entrada al conversor, éste aumentará en una unidad su salida (siempre sumando en forma binaria bit a bit).

Por ejemplo:

Entrada - Salida

0 V - 00000000

0.02 V - 00000001

0.04 V - 00000010

1 V - 00110011

(5 V-LSB) – 11111111

Las principales características que podemos encontrar a la hora de seleccionar un convertidor son las siguientes:

Resolución.

Linealidad.

Precisión.

Impedancia.

Sensibilidad.

El error de cuantificación: Este aparece como consecuencia de que un convertidor la continuidad de la señal analógica es dividida en una potencia de dos. De esta manera, todos los valores analógicos dentro de un rango están representados por lo único digital, normalmente asignado al valor medio del mismo.

Tiempo de conversión: Es el tiempo requerido por el conversor para entregar la palabra digital equivalente a la entrada analógica.

3.1.1.- Tipos

De aproximaciones sucesivas: Es el empleado más comúnmente, apto para aplicaciones que no necesitan grandes resoluciones ni velocidades. Debido a su bajo coste se suele integrar en la mayoría de microcontroladores permitiendo una solución de bajo coste en un único chip para numerosas aplicaciones de control. El conversor realiza una búsqueda dicotómica del valor presente en la entrada. Su principal carencia es el elevado tiempo de conversión necesario.

Flash: Este conversor destaca por su elevada velocidad de funcionamiento. Está formado por una cadena de divisores de tensión y comparadores, realizando la conversión de manera inmediata en una única operación. Su principal desventaja es el elevado costo.

Sigma-delta: Tienen una velocidad máxima de conversión baja pero a cambio poseen una relación señal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

Convertidor con comparadores: Nos encontramos ante el único caso en que los procesos de cuantificación y descodificación aparecen claramente separados. El primer caso se lleva a cabo mediante comparadores que discriminan entre un numero finito de niveles de tensión. Estos comparadores reciben en sus entradas la señal analógica de entrada, junto con una tensión de referencia distinta para cada una de ellos.

Convertidor a anchura de impulso: Este convertidor transforma la tensión desconocida en un intervalo de tiempo que es medido mediante un reloj y un contador. Al recibir por la entrada de control la orden de iniciar la conversión, el circuito comienza la generación de una rampa y pone a 1 la salida del biestable. Este nivel se mantiene hasta que la rampa supere el valor en la entrada analógica, instante en que la salida del biestable volverá a 0 y el contador dejara de contar los impulsos de frecuencia fija del reloj.

Convertidor de doble rampa: Algunas limitaciones mencionadas anteriormente se pueden evitar con este convertidor. Es uno de los más utilizados en la práctica, especialmente en el caso de aplicaciones que requieran gran precisión.

La base de funcionamiento de este circuito es también un integrador. El proceso de conversión se inicia conectando la tensión de entrada al integrador durante un tiempo fijo, en el cual la salida del integrador se va haciendo negativa hasta alcanzar un valor mínimo en el instante en que termina ese tiempo fijo; momento en que la información de desbordamiento (overflow), aplicada al circuito de excitación del conmutador, provoca la aplicación de una tensión de referencia a la entrada del integrador, lo que hace que la salida de este tienda a 0 voltios.

3.1.2 Aplicaciones

Las aplicaciones más significativas del DAC son:

• En instrumentación y control

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