Convertidores
Enviado por ita122012 • 28 de Octubre de 2012 • 3.581 Palabras (15 Páginas) • 594 Visitas
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Conversores Análogo-Digital y Digital-Análogo:
Conceptos Básicos
Huircán, Juan Ignacio
Abstract–El siguiente trabajo revisa las técnicas y conceptos
básicos de la conversión análogo-digital y digitalanálogo,
para ello se describen los dispositivos clásicos junto
con sus respectivas estructuras internas. La función básica
de los conversores es transformar una señal analógica en
su equivalente digital y vice-versa. Las distintas técnicas
descritas muestran las ventajas e inconvenientes del componente,
lo cual permite la selección dependiendo de la utilización
y el modo de trabajo. Los parámetros que más
influyen sobre la prestación de los dispositivos son la resolución
y la velocidad. La evolución de estos componentes
permite contar hoy con sistemas versátiles tanto con salidas
paralelas como seriales.
Index Terms–ADC, DAC System
I. Introduction
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.
Esta función exige que los pasos intermedios se realicen
de forma optima para no perder información. Según el tipo
de componente y su aplicación existen distintos parámetros
que lo caracterizan, éstos pueden ser: 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. Dentro
de las de aplicaciones de estos sistemas está el manejo
de señales de vídeo, audio, los discos compactos, instrumentación
y control industrial. En los siguientes apartados
se describen los conceptos básicos de conversión de
señal, técnicas de implementación para los ADC o DAC,
características y parámetros que los definen. Se revisarán
las configuraciones más clásicas, atendiendo a criterios de
velocidad y manejo de datos, como también los nuevos productos
disponibles en el mercado.
Versión 1.0. Die- Ufro
II. 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, segun 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. Como resultado se obtiene un tren
de impulsos con amplitudes limitadas por la envolvente de
la señal analógica.
Conversor
Sensor Análogo - Digital Computador
Señal Fisica
Temperatura
Presión
Desplazamiento
Velocidad
Señal Eléctrica
Voltaje
Señal Eléctrica
Sampling
Digitalización
(análoga)
Señal Eléctrica
(digital)
Código Binario
0101101
Sistema
Físico
Fig. 1. Conversión análogo - digital.
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)
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.
III. CARACTERÍSTICAS
La data digital es un número binario que se define considerando
desde el bit de mayor peso (MSB, More Signi2
Computador Conversor
Digita - Análago
Acondicionamiento
de la señal
0101101
Señal Digital Señal Cuantizada Señal Análoga
Fig. 2. Proceso de conversión digital - análogo.
ficative Bit) al bit de menor peso (LSB, Least Significative
Bit) como se muestra en la Fig. 3.
b0 b7
LSB MSB
Fig. 3. Data digital.
Cada conversor ADC ó DAC, esta determinado por una
función de transferencia ideal de entrada - salida (ver Fig.
4), que muestra la equivalencia entre el mundo digital y el
análogo.
Digital
00..00 10..00 11..11
0
-5[V]
-10[V]
5[V]
10[V]
-10[V]
0
10[V]
Análoga
0
Fig. 4. Curva de entrada - salida de un conversor ADC ó DAC.
En el caso de una señal unipolar entre 0 a 10 [V], su
equivalente digital para n bits sería entre 00..00 para 0[V]
(zero - scale), 10..00 para 5[V] y 11..11 a 10[V] (full - scale).
A. Características Estáticas
A.1 Resolución:
Expresada en unidades de tensión, dependerá del escalón
tomado como referencia con respecto a los niveles de
...