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Conversión Analógica-Digital
       La conversión analógica a digital es el proceso por el cual se convierten...
Resolución: La resolución indica el número de valores discretos que el convertidor puede
producir sobre el intervalo de va...
Conversión Digital-Analógica
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Reporte Ayudantia

  1. 1. Introducción Conversión Analógica-Digital La conversión analógica a digital es el proceso por el cual se convierten señales continuas a números digitales discretos. Se realiza con un circuito integrado electrónico conocido como convertidor analógico a digital (ADC, por sus siglas en ingles), la operación inversa es conocida como conversión digital a analógica. Para convertir una señal analógica a una digital la señal tiene que pasar por los procesos de muestro, cuantización y codificación. La señal analógica es continua en el tiempo y es necesario convertirla a un flujo de valores digitales, esto consiste básicamente en realizar en forma periódica medidas de la amplitud de la señal y traducirlas a un lenguaje numérico. Para esto se realizan tres procesos: Muestreo: Consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con la que se toma esta muestra; el numero de muestras por segundo, se conoce como frecuencia de muestreo. Según el teorema de Nyquist para poder replicar con exactitud la forma de una onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea superior al doble de la frecuencia máxima de la señal analógica. Como se muestra en la fig 1.1 Señal Analógica Señal muestreada Fig1.1 Cuantificación: en este proceso se mide el nivel de voltaje de cada muestra y a continuación se le asigna un margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida. Este proceso produce una señal indeseada llamada error de cuantificación. Codificación: es la traducción de los valores obtenidos en la cuantificación a valores binarios. Como se muestra en la fig 1.2 fig 1.2 Estos tres procesos los realiza el ADC. El convertidor analógico digital tiene sus propias características que deben conocerse.
  2. 2. Resolución: La resolución indica el número de valores discretos que el convertidor puede producir sobre el intervalo de valores analógicos. La resolución es usualmente expresada en bits, por lo tanto el número de valores o niveles discretos es usualmente una potencia de dos. Por ejemplo un ADC con una resolución de 8 bits puede codificar una señal en 256 niveles ya que 28=256. Estos valores se pueden representar en intervalos de 0 a 255 o -127 a 128 dependiendo de la aplicación. Velocidad de muestreo: El ADC tiene una velocidad máxima de muestreo que limita la frecuencia de las señales que se pueden convertir. Ya que el ADC no puede hacer las conversiones instantáneamente el valor de la entrada tiene que mantenerse constante el tiempo que se hace la conversión. Un circuito interno llamado de muestra y retención realiza esta tarea. Estructuras de ADC El ADC de conversión directa o flash ADC: Es un ADC que consiste de un banco de comparadores, cada uno encendiéndose a un voltaje determinado. El banco de comparadores alimenta un circuito lógico que genera un código para cada intervalo de voltaje. La conversión directa es muy rápida pero usualmente solo tiene 8 bits de resolución (8 comparadores) o incluso menos. Se utilizan cuando se requieren conversiones muy rápidas pero no es necesaria una alta calidad. El ADC de aproximaciones sucesivas: funciona constantemente comparando el voltaje de entrada con el de salida de un convertidor digital analógico interno. En cada paso de este proceso un valor binario de la aproximación es guardado en un registro de aproximaciones sucesivas (SAR). El SAR utiliza un voltaje de referencia que es el valor máximo que el ADC puede convertir. Por ejemplo para un voltaje de 60 volts con 100 volts de referencia en el primer ciclo de reloj, 60 volts es comparado con 50 (el voltaje a la salida del DAC interno cuando la salida es 1 seguido por ceros) como 60 es mayor que 50 el voltaje será positivo y el bit más significativo será 1, en el segundo ciclo de reloj la entrada es comparada con 75 volts esto es el punto medio entre 50 y 100 y la salida en el DAC cuando tiene 11 seguido de ceros. Ya que 60 es menor que 75 la salida en el comparador es negativa y el segundo bit es 0. Y así sucesivamente. Como las aproximaciones son sucesivas y no simultáneas se requiere un ciclo de reloj para cada bit de resolución deseado. La frecuencia de reloj debe ser igual a la frecuencia de muestreo multiplicada por los bits de resolución deseados. ADC de comparación de rampa: produce una señal diente de sierra después rápidamente cae a cero. Cuando la rampa comienza a bajar un reloj comienza a contar. Cuando el voltaje de la rampa es igual al de la entrada se enciende un comparador y el valor del reloj se graba. Estos convertidores son sensibles a los cambios de temperatura.
  3. 3. Conversión Digital-Analógica Al igual que con la conversión analógica a digital hay varias maneras para transformar una señal digital a analógica las más comunes son. El modulador de ancho de pulso: Un voltaje estable pasa por un filtro pasabajas analógico durante un tiempo determinado por la entrada digital. El DAC de peso binario: contiene un resistor por cada bit del DAC conectados a un punto de suma. Estos voltajes suman el voltaje de la salida. El DAC de escalera R2R: es un DAC de peso binario que utiliza una estructura repetitiva en forma de cascada de R y 2R esto aumenta la precisión pero aumenta el tiempo de conversión. Fig1.4 Fig1.4 El Efecto Alias Ya que todos los procesos de conversión de señales emplean el muestreo de la señal de entrada en intervalos discretos la salida es una imagen incompleta del comportamiento de la entrada. Cuando los valores digitales de la salida del ADC son convertidos por un DAC, es deseable que la salida del DAC sea una representación fiel de la señal de entrada. Si la señal de entrada esta cambiando mas rápido que la frecuencia de muestreo señales falsas llamadas aliases serán formadas a la salida del DAC. La frecuencia de la señal de alias es la diferencia entre la frecuencia de la señal y la frecuencia de muestreo. El alias se puede prevenir con un filtro pasa bajas que filtre las frecuencias mayores a la frecuencia de muestreo. Como se muestra en la figura

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