Electronica Digital Unidad 2

CONVERTIDORES DIGITAL-ANALÓGICO (D/A)

Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensión, que tiene una tensión de referencia estable y fija como entrada.

Hay que definir que tan exacta será la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se define la resolución que tendrá.

Un convertidor Digital - Analógico de 4 bits. cada entrada digital puede ser sólo un "0" o un "1". D0 es el bit menos significativo (LSB) y D3 es el más significativo (MSB).

El voltaje de salida analógica tendrá uno de 16 posibles valores dados por una de las 16 combinaciones de la entrada digital.

• La resolución se define de dos maneras:

• Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital). Este dato permite determinar el número máximo de combinaciones en la salida digital. Este número máximo está dado por: 2n donde n es el número de bits.

• También la resolución se entiende como el voltaje necesario (señal analógica) para lograr que en la salida (señal digital) haya un cambio del bit menos significativo.(LSB)

• Para hallar la resolución se utiliza la siguiente fórmula: Resolución = VoFS / [2n - 1]

• Donde:

- n = número de bits del ADC

- VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener una conversión máxima (todas las salidas son "1").

TIPOS DE CONVERTIDORES

ADC DE CONTADOR

Está basado en un convertidor D/A, que se ha adaptado mediante circuitería externa para tal fin, como se ve en esta figura

Partiendo siempre con el contador a cero. En la entrada no inversora del comparador, aparece una tensión analógica Vi que se desea convertir en digital.

Mediante una señal aplicada a un circuito de control (Start), se pone en marcha el contador que, a una velocidad que dependerá de la frecuencia Clock, entregará de manera secuencial distintas combinaciones digitales a las entradas del convertidor digital analógico, que a su vez entregará una tensión que será proporcional en todo momento a la combinación digital de entrada. Esta señal de referencia, es comparada con la señal analógica Vi de entrada, de manera que, cuando sean iguales, la salida del comparador bloqueará a través del circuito de control, el contador. La combinación digital que aparece en ese momento en la salida del contador, entrada del D/A, será la que corresponda a la conversión analógica-digital de la señal de entrada Vi. El proceso se repetirá para cada señal de Start.

El tiempo máximo de conversión dependerá fundamentalmente del número de bits del convertidor y de la frecuencia del Clock empleado. No obstante, es lento, ya que, para cada lectura, el contador deberá inicializarse. El tiempo máximo de conversión viene dado por la siguiente ecuación.

Donde tc es tiempo de conversión, n el número de bits y t el período del clock.

Los tiempos de conversión dependerán siempre del valor de la señal analógica a digitalizar. Nunca podrá ser mayor el tiempo de cambio de la señal analógica que el máximo de conversión, pues los resultados no se corresponderían.

Este tipo de convertidor es de una gran linealidad, pero con el inconveniente del tiempo de conversión lento por la necesidad de poner a cero el contador para cada conversión.

ADC DE RAMPA DIGITAL

Una de las versiones más simples del convertidor A/D hace uso de un contador binario como registro y permite que el cronómetro incremente al un paso a la vez hasta que Va’ ≥ Va. A este se lo llama convertidor A/D con rampa digital ya que la forma de onda en Va’ es una rampa que funciona paso por paso (en realidad es escalón por escalón).

CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL DE DOBLE RAMPA

Se carga el condensador C con una corriente de referencia durante un tiempo fijo TR y se mide el tiempo necesario para descargarlo con la corriente obtenida con la señal de entrada Vin.

Este tipo de conversores comparan el tiempo necesario para cargar el condensador C mediante la corriente suministrada por la tensión a medir (Vin.) con el tiempo necesario para descargarlo hasta el nivel inicial (Ref.) mediante una corriente conocida generada por la fuente de referencia.

La lógica de control conmuta la entrada del integrador entre la tensión a medir y la fuente de referencia. Inicialmente la entrada está conectada a potencial cero (masa).

En general todos los voltímetros digitales que se encuentran el comercio operan bajo este principio, pues son dispositivos de una elevada precisión y estabilidad intrínseca y de muy bajo costo, pues no requieren ajustescríticos.

Un conversor analógico digital muy utilizado de doble rampa es ICL7109.

Este circuito CMOS posee varias entradas de control que simplifican extraordinariamente su operación en múltiples configuraciones, tanto conectado directamente al bus del sistema de datos como su conexión directa a un dispositivo serie (UART) lo que le permite funcionar en modo remoto.

De este conversor existen versiones preparadas para activar directamente un visualizador de cristal líquido (LCD) como el 7106 o de diodos LED

ADC DE RASTREO

Es más rápido que el método de rampa, ya que el contador no se restablece después de cada muestra.

•El contador tiende a seguir la entrada analógica.

•El tiempo de conversión es constante.

ADC DE APROXIMACIÓN SUCESIVA

Un circuito similar al utilizado en los conversores de seguimiento, pero ahora, cada vez que se realiza una conversión se ensayan los sucesivos bits empezando por el más significativo. Según se obtenga un valor menor o mayor se añade o no el bit al control del conversor digital analógico. El tiempo necesario (número de pulsos de reloj) es siempre igual al número de bits más uno.

Para evitar que la señal de entrada varíe durante la conversión (unos pocos microsegundos) se utilizan circuitos de muestreo y retención (Sample & Hold) o cuando el espectro de la señal de entrada lo permite un simple filtro pasa bajos que limite la velocidad de variación de la señal por debajo de 1 bit menos significativo en el tiempo que dura una conversión

La rapidez, precisión y estabilidad de los conversores de aproximación sucesiva hace que estos sean los más utilizados en la gama de 8 a 16 bits y velocidades entre 10Hz y 1MHz. A velocidades menores se utilizan conversores de doble rampa y a mayores, conversores de tipo flash.

ADC TIPO FLASH O PARALELO

Un codificador es un dispositivo combinacional con n entradas y m salidas, tal que en un instante cualquiera sólo una entrada

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