La conversión analógica-digital convierte señales continuas en números digitales discretos mediante tres procesos: muestreo, cuantificación y codificación. Existen diferentes tipos de convertidores analógico-digital como el flash ADC, el ADC de aproximaciones sucesivas y el ADC de comparación de rampa. La conversión digital-analógica transforma señales digitales en analógicas utilizando métodos como el modulador de ancho de pulso o los DAC de peso binario o escalera R2R.

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. 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. 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