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UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA
8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos
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              CONVERTIDORES DIGITALES/ANALOGICOS (DAC) Y
                             ANALOGICOS/DIGITALES (ADC).

Introducción

Los DAC y los ADC se utilizan para enlazar las variables físicas de un proceso real, con
un sistema digital, como pueden ser las computadoras.
La mayoría de las variables físicas son de naturaleza analógica y pueden tomar
cualquier valor en un rango continuo de magnitudes. Como ejemplos tenemos las
variables: temperatura, presión, intensidad luminosa, señales de audio, posición,
velocidad rotacional o velocidad angular, flujo, etc. Los sistemas digitales realizan todas
sus operaciones internas utilizando circuitos eléctricos digitales binarios, donde las
variables que se procesan, toman solamente valor alto y bajo de voltaje. Cualquier
información que se ingrese a estos sistemas, debe transformarse a digital. De la misma
manera, los resultados presentes en la salida, también serán digitales y en ocasiones,
éstos valores, deberán convertirse en una señal analógica para controlar el proceso físico
real.
En la siguiente figura, se muestran los distintos elementos que intervienen en un
proceso tecnológico, donde interviene una variable física analógica, y es controlado por
una computadora digital.

                      1                       2                      3                     4

             Transductor de                   A                                            D
               la variable
                  física                      D              Sistema digital               A
              (Generacion                                   (Computadora)
               corriente o
                                              C                                            C
                 tensión
                eléctrica

                                                              5
                 Variable
                  física                                      Actuador
                controlada




El bloque Nº1 es el transductor que convierte la variable física a procesar, en una señal
de corriente o voltaje eléctrico. Tenemos diversos transductores como las termocuplas y
termistores para monitorear temperaturas, fotoceldas y fotodiodos para monitorear
intensidades luminosas, transductores de presión neumática e hidráulica (varios tipos),
LVDT para posicionamiento, medidores de flujo, etc.
El bloque Nº2 convierte la salida del transductor en una señal digital. Por ejemplo si la
salida del transductor varia entre 800 y 1500 mV, estos valores extremos de señal, serán
convertidos a los valores digitales 01010000 y 10010110 respectivamente. Para este
caso particular, el ADC convierte una variación de 10 mV en una variación de un digito
binario.
El bloque Nº3 es el sistema digital que tiene como función guardar los datos convertidos
para luego procesarlos de acuerdo con el algoritmo de control establecido mediante un
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Apunte de cátedra            Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA
8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos
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programa de computación (conjunto de instrucciones) en ejecución. El programa
efectuará cálculos u otras operaciones sobre las “variables binarias”, que representan a
las variables analógicas del proceso físico real. Los resultados generan una salida digital
que eventualmente servirá para controlar la variable física.
El bloque Nº4 representa el convertidor digital /analógico. En él, la salida digital se
convierte en analógica para controlar con esta señal, el dispositivo actuador. Por
ejemplo una señal digital que varia desde 00000000 (Hex 00) a 11111111 (Hex FF), es
convertida en una señal analógica variable entre 0 Volt y 10 Volt.
El bloque Nº5 es el actuador (válvula reguladora, motor eléctrico, servo de posición,
etc.), encargado de controlar la variable física.
Como muchos de los convertidores analógicos/digital tienen un modulo DAC, resulta
entonces conveniente analizar primero, los convertidores digital/analógico.

CONVERSIÓN DIGITAL / ANALOGICA

La conversión digital/analógica, es el proceso de tomar un código digital (binario
directo o en BCD) y convertirlo en corriente o tensión eléctrica, con un valor
proporcional al valor digital. Veamos la representación de este convertidor con una
entrada de cuatro bits:
                                                    A3 A3 A3 A3 Vsal (Volt)

                            Vref.=15 V
                                                            0     0     0     0          0
                                                            0     0     0     1          1
      A3           Convertidor             Salida           0     0     1     0          2
                     digital /            analógica         0     0     1     1          3
      A2            analógico               Vsal.           0     1     0     0          4
      A1                                                    0     1     0     1          5
      A0                DAC                                 0     1     1     0          6
                                                            0     1     1     1          7
                                                            1     0     0     0          8
                                                            1     0     0     1          9
                                                            1     0     1     0         10
                                                            1     0     1     1         11
                                                            1     1     0     0         12
                                                            1     1     0     1         13
                                                            1     1     1     0         14
                                                            1     1     1     1         15

Como vemos la salida no es totalmente analógica, sino que tenemos una cantidad finita
de valores discretos de tensión cuya cantidad dependerá de la cantidad de entradas
binarias que tenga el convertidor D/A. Este valor será 24= 16 valores de tensión de
salida.
Como vemos la magnitud de la tensión de salida será función del valor decimal que le
corresponda al valor de entrada, multiplicado por una constante de conversión:

Salida analógica = K x entrada digital (valor decimal correspondiente)



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Apunte de cátedra            Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
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K es la constante de conversión, que dependerá del valor de la tensión de referencia que
se ingresa al convertidor. Para nuestro caso del ejemplo K = 1 volt para Vref = 15 volt.
La tensión de referencia, fija el valor máximo de la tensión de salida del convertidor.
Por ejemplo para un valor de K = 1 volt y una palabra de entrada de cuatro bits,
correspondiente al 1001, la salida valdrá:

Vsal. = K x valor decimal de 1001 = 1volt x 9 = 9 volt

Problema:
Determinar la constante de conversión de un DAC de corriente cuyo valor de salida es
de 12 mA para una entrada binaria de cinco bits igual a 11000.

Factor de ponderación (FP)
El factor de ponderación de de cada bit que se presenta en la entrada de un DAC, es el
valor que incrementa su salida. Para el caso del ejemplo tenemos:
A0→ FP= 1 volt (LSB)
A1→ FP= 2 volt
A2→ FP= 4 volt
A3→ FP= 8 volt (MSB)

Resolución del DAC
Se define como el cambio incremental más pequeño de tensión o corriente que se
produce en la salida como resultado de un cambio en la entrada digital. Para el caso de
nuestro ejemplo la resolución es de 1 volt. La resolución, que también se la denomina
“tamaño del escalón”, es siempre igual al ”factor de ponderación del bit menos
significativo (LSB), que en nuestro caso del ejemplo, corresponde a:
 A0→ FP= resolución = K= 1 volt.
La resolución también la podemos obtener mediante:

Resolución = valor de fondo de escala de un DAC / (2N – 1)

Para nuestro caso N = 4 , tensión de fondo de escala = 15 volt luego:

Resolución = 15 / (24 – 1) = 1 volt

Problema
Un DAC tiene una resolución de 0,2 mA y presenta una entrada digital binaria de 6 bits.
Determinar la corriente de plena escala y la corriente para una entrada binaria igual a
110011.

Problema
La velocidad de un motor eléctrico debe ser controlada mediante una computadora. El
circuito actuador, que hace variar la velocidad del motor eléctrico de 0 a 1000 rpm.
necesita una corriente de excitación que varié de 0 a 2 mA respectivamente. Determinar
la cantidad de bits que utilizara la computadora, en la salida hacia el DAC, para que la
velocidad controlada del motor, este dentro de los 2 rpm.
Solución.
Como la mínima variación permitida (resolución) es de 2 rpm, la cantidad de escalones
de velocidad serán 1000 / 2 = 500 escalones de rpm.


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Como el numero de escalones vale (2N – 1), esta cantidad deberá ser mayor o igual a la
cantidad total de escalones a representar. Por lo tanto se debe cumplir lo siguiente:

(2N – 1) ≥ 500

Si hacemos N = 9 resulta (2N – 1) = 512

Por lo tanto necesitaremos 9 bits para representar los 500 escalones resultando:
000000000≡ (000 Hex) → 0 rpm
111110100≡ (1F4 Hex) → 10000 rpm
La resolución del DAC será:

Resolución = 2 mA / 500 = 0,004 mA = 4 nA
La resolución porcentual vale:

Resolución porcentual ≡ (resolución /fondo de escala) x 100 = 0,004 x 100 / 2 = 0,2 %

                     9 bits




                                                Isal
 computadora                                    0...2 mA
                                  DAC                        Actuador



                                                                      Motor
                                                                    0—1000 rpm




Convertidores DAC con entradas en código BCB

Las entradas analizadas anteriormente estaban en código binario natural. Hay DAC que
tienen las entradas en código BCD (decimal codificado en binario). En este código, en
realidad las entradas son decimales que están codificados en binario natural. Por
ejemplo si necesitamos representar números decimales desde el 00 al 99, necesitaremos
Cuatro bits para las unidades y cuatro bits para las decenas, o sea un total de ocho bits.
Recordemos que en el código BCD se utilizan 4 bits para los decimales del 0 al 9,
utilizando las 10 primeras combinaciones del código binario natural.
Ejemplo: representar el número decimal 57 en BCD
   Decimal         5     7
                  ↓     ↓
   BCD           0101 0111


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                                 80
       BCD para
          las                    40
        decenas                  20
          (D)                           Convertidor                                  100 valores
                                 10      D/A con                     Vsal.           posibles de
                                         entradas                                  salida dado que
                                 8         BCD                                     la entrada varía
       BCD para                                                                       de 00 a 99
          las                    4
       unidades                  2
         (U)                     1


El dibujo muestra un DAC con entrada BCD. Los valores numéricos, indican el factor
de ponderación de las entradas. Por ejemplo para una entrada BCD 1001 0011, le
corresponde el decimal: 80x1+10x1 + 2x1+1x1 = decimal 93.

Problema
Un DAC con entrada BCD el factor de ponderación de las unidades U0, le corresponde
el valor de 0,1 vol. Determinar:
a) Tamaño del escalón
b) salida a plena escala y porcentaje de resolución
c) tensión de salida para la entrada 1001 0011
Solución:
a) Como el mínimo cambio en la entrada, le corresponde al bit menos significativo de
las unidades, entonces el escalón mínimo de tensión en la salida, corresponde al factor
de ponderación del LSB de las unidades, o sea 0,1 volt
b) Como la entrada varia de 00 a 99, entonces la salida a plena escala vale:
 99x 0,1 = 9,9 volt.
La resolución porcentual la calculamos como:

Resolución porcentual= (tamaño del escalón / salida a plena escala) x 100 = 1 %

C) Vsalida para 1001 0011 = 80x0,1+1x0,1 + 2x 0,1 +1x0,1 = 93 x 0,1 = 9,3 voltios.

Problema
Un convertidor DAC tiene 12 bits con entradas BCD, con una salida a plena escala de
9,99 volt. Determinar el porcentaje de resolución y el tamaño del escalón.
Solución:
Con esta cantidad de bits de entrada, representamos los números decimales del 000 al
999. Por lo tanto tendremos 999 escalones lo que el porcentaje de resolución tan bien lo
podemos calcular como relación de un escalón respecto al total:

Resolución porcentual = (escalón / total de escalones) x 100 = 100/999 ≈ 0,1 %

Tamaño del escalón = salida a plena escala/cantidad de escalones =9,99 / 999= 0,01 volt


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Convertidores DAC bipolares

Existen en el mercado, Convertidores DAC que pueden suministrar una tensión de
salida positiva y negativa; por ejemplo – 10 V y +10 volt. En estos casos las entradas.
En gral esto se hace utilizando la entrada binaria como un numero con signo, donde el
mas significativo es el bit de signo (0 para + y 1 para -). En otros DACs las entradas
están representadas con bit de signo, utilizando el complemento a 2 para los negativos.
Por ejemplo un DAC bipolar de 6 bits de entrada con una resolución de 0,2 volt y que
utiliza el complemento a 2, los valores binarios de entrada varían de 100000 (-32) hasta
011111 (+31), produciendo una salida variable entre -6.4 volt y +6,2 Volt. Esto es así
dado que tenemos 63 escalones (26 -1) entre los limites negativo y positivo.

Circuitos empleados en los convertidores DAC

Tenemos varios métodos y circuitos empleados para realizar la conversión de digital a
analógico. De ellos los que mas se destacan y emplean son dos: el circuito convertidor
con resistencias ponderadas y el convertidor con resistencia en escalera.

DAC con resistencias ponderadas

El circuito básico de este convertidor, es sumador con amplificador operacional, donde
se suman las entradas binarias multiplicadas por el factor de ponderación que le
corresponde. Veamos el circuito básico:
                                              A3 A2 A1 A0 Vsal (volt)
                                              0   0     0     0         0
                                              0   0     0     1   -0,625 (LSB)
                                              0   0     1     0   -1,250
                                              0   0     1     1   -1,875
                                              0   1     0     0   -2,500
                                              0   1     0     1   -3,125
                                              0   1     1     0   -3,750
                                              0   1     1     1   -4,375
                                              1   0     0     0   -5,000
                                              1   0     0     1   -5,625
                                              1   0     1     0   -6,250
                                              1   0     1     1   -6,875
    Entradas                                  1   1     0     0   -7,500
    digitales                                 1   1     0     1   -8,125
    0V o 5 V                                  1   1     1     0   -8,750
                                              1   1     1     1   -9,375 L.esc.

Este circuito que lo hemos estudiado en Electrónica I, produce un voltaje de salida dado
por la siguiente expresión:
Vsalida = -(VA3 + 1/2.VA2 + 1/4.VA1 + 1/8.VA0)

Donde VA0 a VA3 son las tensiones lógicas de las entradas digitales. Como podemos
observar de acuerdo al valor lógico de las entradas, tendremos un determinado valor en
la salida. Por ejemplo para una entrada lógica 1000 con valor digital igual a +5v y+0
volt para el uno y cero lógico, la tensión de salida vale:

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Vsalida = - (5.1+1/2. 0 + 1/4. 0 + 1/8. 0) = -5 Volt (la tensión negativa se puede
cambiar)

El inconveniente del circuito básico es que los niveles lógicos de +0 y +5 volt no son
exactos sino que se pueden modificar dentro de un cierto rango, sin que se pierda su
valor lógico. Entonces esto provocaría variaciones de tensión a la salida del DAC, para
un mismo valor lógico de la entrada. Para evitar esta incertidumbre, se independiza de la
tensión eléctrica de las entradas lógicas con la siguiente modificación:




Como puede observarse, ahora las entradas lógicas actúan sobre conmutadores
electrónicos, de manera tal que ante una entrada lógica “cero” de algunas de los
terminales, lo conecta a masa y con un “uno lógico”, lo conecta a una tensión de
referencia de presición. Este sistema tiene la ventaja también que el valor de plena
escala de la salida se puede modificar, cambiando el valor de la tension de referencia.
Por ejemplo:

Vref.=+5 volt → Vsal. (Plena escala)= -9,375 volt.

Vref.=+7volt → Vsal. (Plena escala)= -13,125 volt

Vref.=+6volt→ Vsal. (Plena escala)= +11,25 volt

La tensión de referencia puede ser positiva o negativa, siempre y cuando el amplificador
operacional este alimentado con dos tensiones, una positiva y otra negativa, respecto a
masa. Con Vref. positiva, la salida será negativa y con Vref negativa, la salida será
positiva.
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DAC con resistencias ponderadas con salida analógica de corriente




La figura muestra el circuito básico para generar una corriente analógica de salida
proporcional a la entrada lógica. Para una entrada lógica de cuatro bits, necesitamos
cuatro resistencias ponderadas de manera tal que de acuerdo con el valor lógica de las
entradas, se establecen trayectorias paralelas de corriente. Cada una esta controlada por
conmutadores electrónicos, como puede ser una puerta de transmisión CMOS. El estado
de cada conmutador se controla por medio de los niveles lógicas de las entradas
binarias. La corriente de salida se determina mediante la siguiente expresión:

I salida = A3.Io +A2.Io/2 + A1. Io/4 + Ao. Io/8

El valor de Io vale Io = Vref/ R
Esto es así, siempre y cuando la impedancia de la carga ZL se mantenga por debajo de
R (R>100R).
Para que no se produzcan errores, lo ideal es que sea ZL = 0. Una forma de solucionar
este inconveniente, es colocar a la salida del DAC un convertidor de corriente a tensión.
De esta manera, la salida del DAC, esta viendo un corto virtual, pero la corriente en
realidad, circula por la resistencia de realimentación, generando una tensión de salida en
el AO proporcional a la corriente del DAC.




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Convertidores DAC con resistencia en escalera R/2R

El método anterior tiene limitaciones prácticas dado que los valores de las resistencias
correspondientes a los bits menos y más significativos son grandes y difíciles de lograr
técnicamente. Por ejemplo un DAC de alta resolución (muchos bits) de 12 bits con
una resistencia menos significativa de 1K le corresponde un valor de 2 M a la
correspondiente más significativa. Evidentemente es muy difícil lograr un rango tan
grande de valores con exactitud suficiente.
Por esta razón es preferible disponer de un circuito que utilice resistencias cuyos valores
sean próximos. Uno de estos circuitos, es el que utiliza la “red en escalera”, donde
solamente se usan dos valores de resistencias “R” y “2R”. Veamos el circuito:




La configuración de la red de resistencias de la figura, tiene varias propiedades
interesantes. Una de ellas consiste en que la resistencia que se aprecia desde cada uno de
los nudos, mirando hacia cualquier dirección es siempre la misma e igual 2R. Este
hecho hace que cualquier corriente proveniente de los conmutadores, (con uno lógico),
se divide en los nudos en dos corrientes iguales de valor mitad de la corriente entrante.
Cada vez que esta corriente, en progresión hacia el amplificador, atraviese un nuevo
nudo. Se volverá a dividir, entrando al amplificador con un valor inversamente
proporcional a una potencia de 2, dependiendo del número de nudos. De esta forma se
produce la deseada correspondencia ponderada de las entradas.
La tensión de salida vale:

Vsalida = - Vref/2N.( AN-1. 2N-1 + AN-2. 2N-2 + AN-3. 2N-3             + …. + A0. 20)

Donde “A” toma el valor 1 o 0 según los bits de entrada
Otra ventaja del circuito, consiste que la impedancia conectada a la entrada inversora es
siempre 3R, cualquiera sea el contenido de las entradas, lo cual simplifica la corrección
del offset por las corrientes de polarización del AO, al cargar con igual valor de
impedancia, el Terminal no inversor.
Otra ventaja de este circuito, es el hecho que para su construcción solamente se
necesitan 2 o 3 valores de resistencias de presición de distinto valor, que el primer caso
presentado donde se necesitan un alto número de valores de resistencias.

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Diagrama en bloques gral de los convertidores DAC prácticos

                                                                      Voltaje de
                                                                      referencia



                  Registro              Conmutadores                   Red de
                                         electrónicos                resistencias




      Entradas
      digitales
                                            V salida
                                                                            -
                                                                     AO
                                                                            +



En el primer bloque, denominado “registro”, la información binaria se almacena durante
el tiempo necesario para la conversión, quedando de esta forma el canal de
comunicación “libre”. Si la información esta en forma “serie, en el registro (de
desplazamiento) se convierte en paralelo.
El segundo bloque, constituyen los denominados “conmutadores electrónicos”, cuya
misión, como hemos visto, es conectar a masa o a la tensión de referencia a las
resistencias de la red. A menudo la implementación de estos conmutadores electrónicos
se realiza mediante transistores complementarios tanto bipolar como con transistores
MOS. Veamos dos de estos conmutadores:




Para ambos casos con el pulso positivo (1) la salida se conecta a masa. Si quisiéramos
Conectar Vref con el pulso positivo (1), debemos colocar un inversor en la entrada de
ambos conmutadores.Como vemos en ambos casos se utilizaron transistores
complementarios.



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También se puede realizar un conmutador electrónico con un solo tipo de transistor
como muestra la figura, donde se han utilizado dos transistores MOS de canal N con el
sustrae abierto de la fuente:




En este circuito la tensión de referencia se logra en la salida, haciendo la entrada igual a
uno (tensión positiva.).

Especificaciones de los DAC prácticos comerciales

En el presente, se disponen de una gran variedad de DACs comerciales suministrados
como circuitos integrados en diversos encapsulados. Para evaluar un convertidor DAC,
para una aplicación en particular, debemos definir algunas especificaciones de interés

Resolución
Como ya la habíamos definido, representa el mínimo cambio en la salida (tensión o
corriente) cuando se produce un cambio en la entrada digital

Resolución = valor de fondo de escala / (2N – 1).

El valor de N, es el número de bit de la señal digital a convertir. Esto quiere decir, de
acuerdo a la formula, cuanto mayor sea la cantidad de bit, a igual valor de fondo de
escala, menor será la resolución. Para independizarnos del valor de fondo de escala y
poder comparar la resolución de distintos DAC, conviene determinar la resolución
porcentual:

Resolución porcentual = (resolución / valor de fondo de escala). 100 =100 / (2N – 1).

Como vemos esta última resulta menor a medida que aumentamos el número de bits de
la información o “palabra” a convertir.
De allí que los fabricantes especifican la resolución porcentual directamente con el
numero de bits que (paralelos) admite la entrada del DAC.



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Exactitud
Tenemos varias formas para especificar la exactitud. Los más comunes son “el error a
plena escala” y “el error de linealidad”. Estas dos especificaciones en gral. Se
suministran como un porcentaje a escala completa.

Error de plena escala : Es la máxima desviación de la salida del DAC respecto de su
valor estimado o ideal. Como dijimos, se especifica como un porcentaje a escala
completa.
Ejemplo: Si un DAC tiene una exactitud de ± 0,01 % , y la tensión ideal de fondo de
escala es de 9,375 volt, determinar el error absoluto

Error absoluto = ± 0,01 . 9,375 volt = ± 0,9375 mV

Esto quiere decir que el DAC puede variar en cualquier instante en ± 0,9375 mV de su
valor esperado.

Error de linealidad: Es la desviación máxima en el tamaño del paso ideal. Por ejemplo
si el tamaño del paso estimado es de 0,625 volt y el error de linealidad es de 0,01 %
(respecto de fondo de escala) y este valor resulta 0,9375 volt, esto quiere decir entonces
que el tamaño del paso valdrá 0,625 V ± 0,9375 mV

Es importante tener el concepto que la exactitud y la resolución deben ser compatibles.
Por ejemplo no tiene sentido tener un DAC con un tamaño de paso de 0,1 volt con una
exactitud de 1 mv, dado que la salida para cualquier valor de entrada puede variar en
0,1volt (error en un tamaño del paso). De la misma manera, no tiene sentido tener un
tamaño del paso de 1 mv, cuando el error es de 0,1 volt (muchos bits de entrada con una
pobre exactitud).

Error de desplazamiento (offsett): Es el error que aparece en la salida cuando todas
las entradas binarias valen cero. Esto se debe al error que produce el Amplificador
operacional que tienen los DAC en su salida para convertir la señal de corriente,
provenientes de las resistencias ponderadas o red en escalera, en tensión eléctrica de
salida. Algunos DAC tienen potenciómetros de ajuste para su corrección; no obstante
este valor es función de la temperatura y su variación se expresa en µV/ºC o ppm/ºC.
Esta tensión de error de desplazamiento, se sumara o restara al valor de la tensión de
salida del DAC.
Tiempo de establecimiento: La velocidad de operación de un DAC, se especifica con
el “tiempo de establecimiento”. Representa el tiempo requerido para que la salida del
DAC cambie de “cero” a su valor de escala completa, cuando los bits cambian de cero
(0) a uno (1). En la práctica el tiempo de establecimiento se mide como el tiempo
necesario para que la salida del DAC se estabilice en 1/2 del tamaño del paso
(resolución) de su valor final. Este valor oscila entre 50 ns y 10 µs.

Monotonicidad: Se define a aquellos DAC donde su salida se incrementa a medida que
aumenta su entrada binaria; esto significa que la salida no tiene escalones hacia abajo,
cuando la entrada binaria crece desde cero hasta su valor final.




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Descripción de un DAC comercial
                Vref (+10 V)    VDD (+5 V)



               D7                                    RFB
   Datos
  digitales                          R
     de
  entrada                            I sal
                                                     SAL 1
               D0                                                      -                  V salida
               __                                                          AO
               CS                                    SAL 2
                                                                       +                de 0 a -10 V
               __
                                 AD7524
               WR




El AD7524 es un convertidor DAC presentado como circuito integrado por varios
fabricantes con tecnología CMOS. Es un convertidor de 8 bits en que se usa una red de
escalera R/2R. La entrada de 8 bits se puede cerrar mediante las entradas de control
`CS (selección del chips) y `WR (escribir). Cuando estas entradas de control están en
nivel bajo (0), las entradas digitales D0 …. D7 producen una salida de corriente analógica
en la salida SAL 1 (out 1). La SAL 2 normalmente va a tierra. Cuando cualquiera de las
entradas de control pasa a alto (1), los datos digitales de entrada quedan enclavados y la
salida analógica permanece en el nivel analógico correspondiente a esos datos digitales.
Cambios subsecuentes no tienen efecto.
El tiempo de establecimiento de este convertidor es de aprox. 100 nseg., tiene una
exactitud a fondo de escala de ± 0,2 % FS. Admite una tensión de referencia positiva o
negativa de 0 a 25 volt, de modo que se pueden producir una corriente de salida de
ambas polaridades. Para convertir estas corrientes en tensiones, es necesario colocar un
AO como muestra el dibujo, haciendo la salvedad, que la resistencia de realimentación,
esta incorporada en el mismo CI del convertidor (conector RFB).

Aplicaciones de los DAC
- Generación de señales analógicas de distintas características en frecuencia, magnitud y
forma de onda, por medio de una computadora y un programa de computación..
-Reconstrucción de señales analógicas, previamente digitalizadas y almacenadas en
memoria como el caso del osciloscopio con memoria, sistemas de audio de discos
compactos y grabación digital de audio y video.
- En algunos métodos de conversión analógica / digital el DAC forma parte del circuito
de conversión (se ve mas adelante).

Dacs seriales:
Estos dispositivos tienen un registro de desplazamiento para convertir una entrada serie
en paralelo y realizar la conversión. De esta manera estos dispositivos se pueden
conectar a un puerto serial de una computadora.


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  • 1. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- CONVERTIDORES DIGITALES/ANALOGICOS (DAC) Y ANALOGICOS/DIGITALES (ADC). Introducción Los DAC y los ADC se utilizan para enlazar las variables físicas de un proceso real, con un sistema digital, como pueden ser las computadoras. La mayoría de las variables físicas son de naturaleza analógica y pueden tomar cualquier valor en un rango continuo de magnitudes. Como ejemplos tenemos las variables: temperatura, presión, intensidad luminosa, señales de audio, posición, velocidad rotacional o velocidad angular, flujo, etc. Los sistemas digitales realizan todas sus operaciones internas utilizando circuitos eléctricos digitales binarios, donde las variables que se procesan, toman solamente valor alto y bajo de voltaje. Cualquier información que se ingrese a estos sistemas, debe transformarse a digital. De la misma manera, los resultados presentes en la salida, también serán digitales y en ocasiones, éstos valores, deberán convertirse en una señal analógica para controlar el proceso físico real. En la siguiente figura, se muestran los distintos elementos que intervienen en un proceso tecnológico, donde interviene una variable física analógica, y es controlado por una computadora digital. 1 2 3 4 Transductor de A D la variable física D Sistema digital A (Generacion (Computadora) corriente o C C tensión eléctrica 5 Variable física Actuador controlada El bloque Nº1 es el transductor que convierte la variable física a procesar, en una señal de corriente o voltaje eléctrico. Tenemos diversos transductores como las termocuplas y termistores para monitorear temperaturas, fotoceldas y fotodiodos para monitorear intensidades luminosas, transductores de presión neumática e hidráulica (varios tipos), LVDT para posicionamiento, medidores de flujo, etc. El bloque Nº2 convierte la salida del transductor en una señal digital. Por ejemplo si la salida del transductor varia entre 800 y 1500 mV, estos valores extremos de señal, serán convertidos a los valores digitales 01010000 y 10010110 respectivamente. Para este caso particular, el ADC convierte una variación de 10 mV en una variación de un digito binario. El bloque Nº3 es el sistema digital que tiene como función guardar los datos convertidos para luego procesarlos de acuerdo con el algoritmo de control establecido mediante un ___________________________________________________________________ 1 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 2. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- programa de computación (conjunto de instrucciones) en ejecución. El programa efectuará cálculos u otras operaciones sobre las “variables binarias”, que representan a las variables analógicas del proceso físico real. Los resultados generan una salida digital que eventualmente servirá para controlar la variable física. El bloque Nº4 representa el convertidor digital /analógico. En él, la salida digital se convierte en analógica para controlar con esta señal, el dispositivo actuador. Por ejemplo una señal digital que varia desde 00000000 (Hex 00) a 11111111 (Hex FF), es convertida en una señal analógica variable entre 0 Volt y 10 Volt. El bloque Nº5 es el actuador (válvula reguladora, motor eléctrico, servo de posición, etc.), encargado de controlar la variable física. Como muchos de los convertidores analógicos/digital tienen un modulo DAC, resulta entonces conveniente analizar primero, los convertidores digital/analógico. CONVERSIÓN DIGITAL / ANALOGICA La conversión digital/analógica, es el proceso de tomar un código digital (binario directo o en BCD) y convertirlo en corriente o tensión eléctrica, con un valor proporcional al valor digital. Veamos la representación de este convertidor con una entrada de cuatro bits: A3 A3 A3 A3 Vsal (Volt) Vref.=15 V 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 A3 Convertidor Salida 0 0 1 0 2 digital / analógica 0 0 1 1 3 A2 analógico Vsal. 0 1 0 0 4 A1 0 1 0 1 5 A0 DAC 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15 Como vemos la salida no es totalmente analógica, sino que tenemos una cantidad finita de valores discretos de tensión cuya cantidad dependerá de la cantidad de entradas binarias que tenga el convertidor D/A. Este valor será 24= 16 valores de tensión de salida. Como vemos la magnitud de la tensión de salida será función del valor decimal que le corresponda al valor de entrada, multiplicado por una constante de conversión: Salida analógica = K x entrada digital (valor decimal correspondiente) ___________________________________________________________________ 2 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 3. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- K es la constante de conversión, que dependerá del valor de la tensión de referencia que se ingresa al convertidor. Para nuestro caso del ejemplo K = 1 volt para Vref = 15 volt. La tensión de referencia, fija el valor máximo de la tensión de salida del convertidor. Por ejemplo para un valor de K = 1 volt y una palabra de entrada de cuatro bits, correspondiente al 1001, la salida valdrá: Vsal. = K x valor decimal de 1001 = 1volt x 9 = 9 volt Problema: Determinar la constante de conversión de un DAC de corriente cuyo valor de salida es de 12 mA para una entrada binaria de cinco bits igual a 11000. Factor de ponderación (FP) El factor de ponderación de de cada bit que se presenta en la entrada de un DAC, es el valor que incrementa su salida. Para el caso del ejemplo tenemos: A0→ FP= 1 volt (LSB) A1→ FP= 2 volt A2→ FP= 4 volt A3→ FP= 8 volt (MSB) Resolución del DAC Se define como el cambio incremental más pequeño de tensión o corriente que se produce en la salida como resultado de un cambio en la entrada digital. Para el caso de nuestro ejemplo la resolución es de 1 volt. La resolución, que también se la denomina “tamaño del escalón”, es siempre igual al ”factor de ponderación del bit menos significativo (LSB), que en nuestro caso del ejemplo, corresponde a: A0→ FP= resolución = K= 1 volt. La resolución también la podemos obtener mediante: Resolución = valor de fondo de escala de un DAC / (2N – 1) Para nuestro caso N = 4 , tensión de fondo de escala = 15 volt luego: Resolución = 15 / (24 – 1) = 1 volt Problema Un DAC tiene una resolución de 0,2 mA y presenta una entrada digital binaria de 6 bits. Determinar la corriente de plena escala y la corriente para una entrada binaria igual a 110011. Problema La velocidad de un motor eléctrico debe ser controlada mediante una computadora. El circuito actuador, que hace variar la velocidad del motor eléctrico de 0 a 1000 rpm. necesita una corriente de excitación que varié de 0 a 2 mA respectivamente. Determinar la cantidad de bits que utilizara la computadora, en la salida hacia el DAC, para que la velocidad controlada del motor, este dentro de los 2 rpm. Solución. Como la mínima variación permitida (resolución) es de 2 rpm, la cantidad de escalones de velocidad serán 1000 / 2 = 500 escalones de rpm. ___________________________________________________________________ 3 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 4. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Como el numero de escalones vale (2N – 1), esta cantidad deberá ser mayor o igual a la cantidad total de escalones a representar. Por lo tanto se debe cumplir lo siguiente: (2N – 1) ≥ 500 Si hacemos N = 9 resulta (2N – 1) = 512 Por lo tanto necesitaremos 9 bits para representar los 500 escalones resultando: 000000000≡ (000 Hex) → 0 rpm 111110100≡ (1F4 Hex) → 10000 rpm La resolución del DAC será: Resolución = 2 mA / 500 = 0,004 mA = 4 nA La resolución porcentual vale: Resolución porcentual ≡ (resolución /fondo de escala) x 100 = 0,004 x 100 / 2 = 0,2 % 9 bits Isal computadora 0...2 mA DAC Actuador Motor 0—1000 rpm Convertidores DAC con entradas en código BCB Las entradas analizadas anteriormente estaban en código binario natural. Hay DAC que tienen las entradas en código BCD (decimal codificado en binario). En este código, en realidad las entradas son decimales que están codificados en binario natural. Por ejemplo si necesitamos representar números decimales desde el 00 al 99, necesitaremos Cuatro bits para las unidades y cuatro bits para las decenas, o sea un total de ocho bits. Recordemos que en el código BCD se utilizan 4 bits para los decimales del 0 al 9, utilizando las 10 primeras combinaciones del código binario natural. Ejemplo: representar el número decimal 57 en BCD Decimal 5 7 ↓ ↓ BCD 0101 0111 ___________________________________________________________________ 4 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 5. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 80 BCD para las 40 decenas 20 (D) Convertidor 100 valores 10 D/A con Vsal. posibles de entradas salida dado que 8 BCD la entrada varía BCD para de 00 a 99 las 4 unidades 2 (U) 1 El dibujo muestra un DAC con entrada BCD. Los valores numéricos, indican el factor de ponderación de las entradas. Por ejemplo para una entrada BCD 1001 0011, le corresponde el decimal: 80x1+10x1 + 2x1+1x1 = decimal 93. Problema Un DAC con entrada BCD el factor de ponderación de las unidades U0, le corresponde el valor de 0,1 vol. Determinar: a) Tamaño del escalón b) salida a plena escala y porcentaje de resolución c) tensión de salida para la entrada 1001 0011 Solución: a) Como el mínimo cambio en la entrada, le corresponde al bit menos significativo de las unidades, entonces el escalón mínimo de tensión en la salida, corresponde al factor de ponderación del LSB de las unidades, o sea 0,1 volt b) Como la entrada varia de 00 a 99, entonces la salida a plena escala vale: 99x 0,1 = 9,9 volt. La resolución porcentual la calculamos como: Resolución porcentual= (tamaño del escalón / salida a plena escala) x 100 = 1 % C) Vsalida para 1001 0011 = 80x0,1+1x0,1 + 2x 0,1 +1x0,1 = 93 x 0,1 = 9,3 voltios. Problema Un convertidor DAC tiene 12 bits con entradas BCD, con una salida a plena escala de 9,99 volt. Determinar el porcentaje de resolución y el tamaño del escalón. Solución: Con esta cantidad de bits de entrada, representamos los números decimales del 000 al 999. Por lo tanto tendremos 999 escalones lo que el porcentaje de resolución tan bien lo podemos calcular como relación de un escalón respecto al total: Resolución porcentual = (escalón / total de escalones) x 100 = 100/999 ≈ 0,1 % Tamaño del escalón = salida a plena escala/cantidad de escalones =9,99 / 999= 0,01 volt ___________________________________________________________________ 5 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 6. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Convertidores DAC bipolares Existen en el mercado, Convertidores DAC que pueden suministrar una tensión de salida positiva y negativa; por ejemplo – 10 V y +10 volt. En estos casos las entradas. En gral esto se hace utilizando la entrada binaria como un numero con signo, donde el mas significativo es el bit de signo (0 para + y 1 para -). En otros DACs las entradas están representadas con bit de signo, utilizando el complemento a 2 para los negativos. Por ejemplo un DAC bipolar de 6 bits de entrada con una resolución de 0,2 volt y que utiliza el complemento a 2, los valores binarios de entrada varían de 100000 (-32) hasta 011111 (+31), produciendo una salida variable entre -6.4 volt y +6,2 Volt. Esto es así dado que tenemos 63 escalones (26 -1) entre los limites negativo y positivo. Circuitos empleados en los convertidores DAC Tenemos varios métodos y circuitos empleados para realizar la conversión de digital a analógico. De ellos los que mas se destacan y emplean son dos: el circuito convertidor con resistencias ponderadas y el convertidor con resistencia en escalera. DAC con resistencias ponderadas El circuito básico de este convertidor, es sumador con amplificador operacional, donde se suman las entradas binarias multiplicadas por el factor de ponderación que le corresponde. Veamos el circuito básico: A3 A2 A1 A0 Vsal (volt) 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -0,625 (LSB) 0 0 1 0 -1,250 0 0 1 1 -1,875 0 1 0 0 -2,500 0 1 0 1 -3,125 0 1 1 0 -3,750 0 1 1 1 -4,375 1 0 0 0 -5,000 1 0 0 1 -5,625 1 0 1 0 -6,250 1 0 1 1 -6,875 Entradas 1 1 0 0 -7,500 digitales 1 1 0 1 -8,125 0V o 5 V 1 1 1 0 -8,750 1 1 1 1 -9,375 L.esc. Este circuito que lo hemos estudiado en Electrónica I, produce un voltaje de salida dado por la siguiente expresión: Vsalida = -(VA3 + 1/2.VA2 + 1/4.VA1 + 1/8.VA0) Donde VA0 a VA3 son las tensiones lógicas de las entradas digitales. Como podemos observar de acuerdo al valor lógico de las entradas, tendremos un determinado valor en la salida. Por ejemplo para una entrada lógica 1000 con valor digital igual a +5v y+0 volt para el uno y cero lógico, la tensión de salida vale: ___________________________________________________________________ 6 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 7. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Vsalida = - (5.1+1/2. 0 + 1/4. 0 + 1/8. 0) = -5 Volt (la tensión negativa se puede cambiar) El inconveniente del circuito básico es que los niveles lógicos de +0 y +5 volt no son exactos sino que se pueden modificar dentro de un cierto rango, sin que se pierda su valor lógico. Entonces esto provocaría variaciones de tensión a la salida del DAC, para un mismo valor lógico de la entrada. Para evitar esta incertidumbre, se independiza de la tensión eléctrica de las entradas lógicas con la siguiente modificación: Como puede observarse, ahora las entradas lógicas actúan sobre conmutadores electrónicos, de manera tal que ante una entrada lógica “cero” de algunas de los terminales, lo conecta a masa y con un “uno lógico”, lo conecta a una tensión de referencia de presición. Este sistema tiene la ventaja también que el valor de plena escala de la salida se puede modificar, cambiando el valor de la tension de referencia. Por ejemplo: Vref.=+5 volt → Vsal. (Plena escala)= -9,375 volt. Vref.=+7volt → Vsal. (Plena escala)= -13,125 volt Vref.=+6volt→ Vsal. (Plena escala)= +11,25 volt La tensión de referencia puede ser positiva o negativa, siempre y cuando el amplificador operacional este alimentado con dos tensiones, una positiva y otra negativa, respecto a masa. Con Vref. positiva, la salida será negativa y con Vref negativa, la salida será positiva. ___________________________________________________________________ 7 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 8. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- DAC con resistencias ponderadas con salida analógica de corriente La figura muestra el circuito básico para generar una corriente analógica de salida proporcional a la entrada lógica. Para una entrada lógica de cuatro bits, necesitamos cuatro resistencias ponderadas de manera tal que de acuerdo con el valor lógica de las entradas, se establecen trayectorias paralelas de corriente. Cada una esta controlada por conmutadores electrónicos, como puede ser una puerta de transmisión CMOS. El estado de cada conmutador se controla por medio de los niveles lógicas de las entradas binarias. La corriente de salida se determina mediante la siguiente expresión: I salida = A3.Io +A2.Io/2 + A1. Io/4 + Ao. Io/8 El valor de Io vale Io = Vref/ R Esto es así, siempre y cuando la impedancia de la carga ZL se mantenga por debajo de R (R>100R). Para que no se produzcan errores, lo ideal es que sea ZL = 0. Una forma de solucionar este inconveniente, es colocar a la salida del DAC un convertidor de corriente a tensión. De esta manera, la salida del DAC, esta viendo un corto virtual, pero la corriente en realidad, circula por la resistencia de realimentación, generando una tensión de salida en el AO proporcional a la corriente del DAC. ___________________________________________________________________ 8 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 9. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Convertidores DAC con resistencia en escalera R/2R El método anterior tiene limitaciones prácticas dado que los valores de las resistencias correspondientes a los bits menos y más significativos son grandes y difíciles de lograr técnicamente. Por ejemplo un DAC de alta resolución (muchos bits) de 12 bits con una resistencia menos significativa de 1K le corresponde un valor de 2 M a la correspondiente más significativa. Evidentemente es muy difícil lograr un rango tan grande de valores con exactitud suficiente. Por esta razón es preferible disponer de un circuito que utilice resistencias cuyos valores sean próximos. Uno de estos circuitos, es el que utiliza la “red en escalera”, donde solamente se usan dos valores de resistencias “R” y “2R”. Veamos el circuito: La configuración de la red de resistencias de la figura, tiene varias propiedades interesantes. Una de ellas consiste en que la resistencia que se aprecia desde cada uno de los nudos, mirando hacia cualquier dirección es siempre la misma e igual 2R. Este hecho hace que cualquier corriente proveniente de los conmutadores, (con uno lógico), se divide en los nudos en dos corrientes iguales de valor mitad de la corriente entrante. Cada vez que esta corriente, en progresión hacia el amplificador, atraviese un nuevo nudo. Se volverá a dividir, entrando al amplificador con un valor inversamente proporcional a una potencia de 2, dependiendo del número de nudos. De esta forma se produce la deseada correspondencia ponderada de las entradas. La tensión de salida vale: Vsalida = - Vref/2N.( AN-1. 2N-1 + AN-2. 2N-2 + AN-3. 2N-3 + …. + A0. 20) Donde “A” toma el valor 1 o 0 según los bits de entrada Otra ventaja del circuito, consiste que la impedancia conectada a la entrada inversora es siempre 3R, cualquiera sea el contenido de las entradas, lo cual simplifica la corrección del offset por las corrientes de polarización del AO, al cargar con igual valor de impedancia, el Terminal no inversor. Otra ventaja de este circuito, es el hecho que para su construcción solamente se necesitan 2 o 3 valores de resistencias de presición de distinto valor, que el primer caso presentado donde se necesitan un alto número de valores de resistencias. ___________________________________________________________________ 9 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 10. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Diagrama en bloques gral de los convertidores DAC prácticos Voltaje de referencia Registro Conmutadores Red de electrónicos resistencias Entradas digitales V salida - AO + En el primer bloque, denominado “registro”, la información binaria se almacena durante el tiempo necesario para la conversión, quedando de esta forma el canal de comunicación “libre”. Si la información esta en forma “serie, en el registro (de desplazamiento) se convierte en paralelo. El segundo bloque, constituyen los denominados “conmutadores electrónicos”, cuya misión, como hemos visto, es conectar a masa o a la tensión de referencia a las resistencias de la red. A menudo la implementación de estos conmutadores electrónicos se realiza mediante transistores complementarios tanto bipolar como con transistores MOS. Veamos dos de estos conmutadores: Para ambos casos con el pulso positivo (1) la salida se conecta a masa. Si quisiéramos Conectar Vref con el pulso positivo (1), debemos colocar un inversor en la entrada de ambos conmutadores.Como vemos en ambos casos se utilizaron transistores complementarios. ___________________________________________________________________ 10 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 11. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- También se puede realizar un conmutador electrónico con un solo tipo de transistor como muestra la figura, donde se han utilizado dos transistores MOS de canal N con el sustrae abierto de la fuente: En este circuito la tensión de referencia se logra en la salida, haciendo la entrada igual a uno (tensión positiva.). Especificaciones de los DAC prácticos comerciales En el presente, se disponen de una gran variedad de DACs comerciales suministrados como circuitos integrados en diversos encapsulados. Para evaluar un convertidor DAC, para una aplicación en particular, debemos definir algunas especificaciones de interés Resolución Como ya la habíamos definido, representa el mínimo cambio en la salida (tensión o corriente) cuando se produce un cambio en la entrada digital Resolución = valor de fondo de escala / (2N – 1). El valor de N, es el número de bit de la señal digital a convertir. Esto quiere decir, de acuerdo a la formula, cuanto mayor sea la cantidad de bit, a igual valor de fondo de escala, menor será la resolución. Para independizarnos del valor de fondo de escala y poder comparar la resolución de distintos DAC, conviene determinar la resolución porcentual: Resolución porcentual = (resolución / valor de fondo de escala). 100 =100 / (2N – 1). Como vemos esta última resulta menor a medida que aumentamos el número de bits de la información o “palabra” a convertir. De allí que los fabricantes especifican la resolución porcentual directamente con el numero de bits que (paralelos) admite la entrada del DAC. ___________________________________________________________________ 11 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 12. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Exactitud Tenemos varias formas para especificar la exactitud. Los más comunes son “el error a plena escala” y “el error de linealidad”. Estas dos especificaciones en gral. Se suministran como un porcentaje a escala completa. Error de plena escala : Es la máxima desviación de la salida del DAC respecto de su valor estimado o ideal. Como dijimos, se especifica como un porcentaje a escala completa. Ejemplo: Si un DAC tiene una exactitud de ± 0,01 % , y la tensión ideal de fondo de escala es de 9,375 volt, determinar el error absoluto Error absoluto = ± 0,01 . 9,375 volt = ± 0,9375 mV Esto quiere decir que el DAC puede variar en cualquier instante en ± 0,9375 mV de su valor esperado. Error de linealidad: Es la desviación máxima en el tamaño del paso ideal. Por ejemplo si el tamaño del paso estimado es de 0,625 volt y el error de linealidad es de 0,01 % (respecto de fondo de escala) y este valor resulta 0,9375 volt, esto quiere decir entonces que el tamaño del paso valdrá 0,625 V ± 0,9375 mV Es importante tener el concepto que la exactitud y la resolución deben ser compatibles. Por ejemplo no tiene sentido tener un DAC con un tamaño de paso de 0,1 volt con una exactitud de 1 mv, dado que la salida para cualquier valor de entrada puede variar en 0,1volt (error en un tamaño del paso). De la misma manera, no tiene sentido tener un tamaño del paso de 1 mv, cuando el error es de 0,1 volt (muchos bits de entrada con una pobre exactitud). Error de desplazamiento (offsett): Es el error que aparece en la salida cuando todas las entradas binarias valen cero. Esto se debe al error que produce el Amplificador operacional que tienen los DAC en su salida para convertir la señal de corriente, provenientes de las resistencias ponderadas o red en escalera, en tensión eléctrica de salida. Algunos DAC tienen potenciómetros de ajuste para su corrección; no obstante este valor es función de la temperatura y su variación se expresa en µV/ºC o ppm/ºC. Esta tensión de error de desplazamiento, se sumara o restara al valor de la tensión de salida del DAC. Tiempo de establecimiento: La velocidad de operación de un DAC, se especifica con el “tiempo de establecimiento”. Representa el tiempo requerido para que la salida del DAC cambie de “cero” a su valor de escala completa, cuando los bits cambian de cero (0) a uno (1). En la práctica el tiempo de establecimiento se mide como el tiempo necesario para que la salida del DAC se estabilice en 1/2 del tamaño del paso (resolución) de su valor final. Este valor oscila entre 50 ns y 10 µs. Monotonicidad: Se define a aquellos DAC donde su salida se incrementa a medida que aumenta su entrada binaria; esto significa que la salida no tiene escalones hacia abajo, cuando la entrada binaria crece desde cero hasta su valor final. ___________________________________________________________________ 12 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli
  • 13. UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA II – ING. ELECTRICA 8-16 Convertidores de señales digitales a analógicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Descripción de un DAC comercial Vref (+10 V) VDD (+5 V) D7 RFB Datos digitales R de entrada I sal SAL 1 D0 - V salida __ AO CS SAL 2 + de 0 a -10 V __ AD7524 WR El AD7524 es un convertidor DAC presentado como circuito integrado por varios fabricantes con tecnología CMOS. Es un convertidor de 8 bits en que se usa una red de escalera R/2R. La entrada de 8 bits se puede cerrar mediante las entradas de control `CS (selección del chips) y `WR (escribir). Cuando estas entradas de control están en nivel bajo (0), las entradas digitales D0 …. D7 producen una salida de corriente analógica en la salida SAL 1 (out 1). La SAL 2 normalmente va a tierra. Cuando cualquiera de las entradas de control pasa a alto (1), los datos digitales de entrada quedan enclavados y la salida analógica permanece en el nivel analógico correspondiente a esos datos digitales. Cambios subsecuentes no tienen efecto. El tiempo de establecimiento de este convertidor es de aprox. 100 nseg., tiene una exactitud a fondo de escala de ± 0,2 % FS. Admite una tensión de referencia positiva o negativa de 0 a 25 volt, de modo que se pueden producir una corriente de salida de ambas polaridades. Para convertir estas corrientes en tensiones, es necesario colocar un AO como muestra el dibujo, haciendo la salvedad, que la resistencia de realimentación, esta incorporada en el mismo CI del convertidor (conector RFB). Aplicaciones de los DAC - Generación de señales analógicas de distintas características en frecuencia, magnitud y forma de onda, por medio de una computadora y un programa de computación.. -Reconstrucción de señales analógicas, previamente digitalizadas y almacenadas en memoria como el caso del osciloscopio con memoria, sistemas de audio de discos compactos y grabación digital de audio y video. - En algunos métodos de conversión analógica / digital el DAC forma parte del circuito de conversión (se ve mas adelante). Dacs seriales: Estos dispositivos tienen un registro de desplazamiento para convertir una entrada serie en paralelo y realizar la conversión. De esta manera estos dispositivos se pueden conectar a un puerto serial de una computadora. ___________________________________________________________________ 13 Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli