Convertidores Digital Analogico

Convertidores
Digital-Analógico
y
Analógico-Digital

2
Conversión Digital-Analógica y Analógica-Digital
Con estos circuitos se trata de conseguir una relación
biunívoca entre una señal analógica y una digital o viceversa.
Las magnitudes físicas son analógicas y normalmente el procesado de señal
se realiza de forma digital, de ahí la necesidad de los convertidores ADC.
También puede ser necesario actuar sobre un sistema analógico una vez
procesada una señal de forma digital por lo que se hace necesario un
convertidor DAC.

3
Características de los ADC
• Entrada
– Número de canales
– Tipo de señal (tensión o corriente)
– Márgen de valores (máximo y mínimo)
– Polaridad (unipolar, bipolar)
–Tensión de referencia (interna o externa, exactitud…)

4
• Salida
– Número de bits (resolución)
– Código de salida (binario, BCD…)
– Formato (serie, paralelo)
– Velocidad de salida (bit rate)
– Niveles de tensión de salida
– Existencia de latches...

5
• Relación entrada-salida
– Exactitud (determinada por los errores)
– Velocidad de conversión

6
• Errores en los ADC
SALIDA
DIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111
CA/D
Vi
/ Vref
0 1,0
Ideal para
3 bits
Real para
3 bits
ERROR
DE
CERO
SALIDA
DIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111
CA/D
Vi
/ Vref
0 1,0
Ideal para
3 bits
G = 1
Real para
3 bits
G > 1
>1 LSB (a) (b)
Error de
Ganancia
Punto de
Ganancia
Nominal
Punto de
Ganancia
Real
LSB
2
1
V
V
E
LSBi
01..00i
cero −=
LSBi
GRiGNi
ganancia
V
VV
E
−
=

7
• Errores en los ADC
Vi / Vref
Vi/Vref
SALIDA
DIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111
CA/D
0 1,0
Pérdida
de
Código
e
+0,5LSB
- 0,5LSB
No-linealidad
integral
+1LSB
-1LSB
1LSB
No-linealidad
diferencial

8
• Parámetros básicos a considerar en la elección de un ADC
– Número de canales
– Tipo de canales (unipolares, bipolares)
– Margen de tensión de entrada
– Resolución (en número de bits)
– Exactitud
– Tensión de referencia necesaria
– Velocidad (frecuencia de conversión)
– Funciones adicionales a la entrada (multiplexado,
muestreo, ganacia programable, entradas de bajo
nivel…)
– Funciones adicionales a la salida (latches)
– Condiciones ambientales
– Formato de la señal de salida (binario, BCD…)
– Control de la conversión (interrupciones, control
de estado)

9
Características de los DAC
Son análogas a las de los ADC con la salvedad de que la entrada es digital y
la salida analógica (tensión o corriente). Se habla, por ejemplo de error de cero
a la salida y no linealidad de salida. Para la velocidad y el tiempo de
conversión se considera una determinada banda de error alrededor del valor
final considerado.

10
Conversión Digital-Analógica
Un DAC lineal, con código de entrada binario puro, obtiene a partir de una palabra
digital de n bits, Dn-1Dn-2…D1D0, 2n niveles discretos de tensión o corriente, según
la relación:
donde VFE es el valor de fondo de escala. El valor máximo de VO es:
( )nn
nnFEO DDDDVV −−−−
−
−
− ++⋅⋅⋅++= 2222 0
1
1
2
2
1
1
n
n
FEOmax VV
2
12 −
=

11
L
O
nn
nn
refO
R
V
R
D
R
D
R
D
R
D
VI −=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++⋅⋅⋅++−= −−
−−
1
0
2
121
222
DAC de resistencias ponderadas
En la figura la corriente en la masa
virtual es:
y la tensión de salida:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++⋅⋅⋅+++= −−
−−
− 1
0
2
132
1
2242 nn
nn
n
L
refO
DDDD
D
R
R
VV

12
DAC con red en escalera
V
R
R
VVO
2
1
−=

13
DAC con red en escalera (caso 1000)
33
3
ref
refn
V
R
R
VV −=−=

14
3
2
ref
n
V
V −=
62
2
3
refn
n
VV
V −==

15
3
1
ref
n
V
V −=
62
1
2
refn
n
VV
V −==
122
2
3
refn
n
VV
V −==

16
242
122
62
3
2
3
1
2
0
1
0
refn
n
refn
n
refn
n
ref
n
VV
V
VV
V
VV
V
V
V
−==
−==
−==
−=

17
DAC con red en escalera
A partir de esto se puede deducir cualquier combinación de bits de entrada
aplicando el teorema de superposición.
Además sabemos que:
por lo que podemos decir:
R
R
VV nO
2
1
3−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++⋅⋅⋅++= −−
−
− 1
0
2
12
1
2222
1
3 nn
n
n
ref
O
DDD
D
R
RV
V

18
Conversión Analógica-Digital
Un ADC convierte una señal analógica a la entrada (tensión o corriente) en una
palabra digital en un código determinado (paralelo o serie) según una relación
determinada.
Existen gran cantidad de tipos de ADC (muchos más que DAC), una posible
clasificación podría ser:
•ADC directos
–Sin realimentación (paralelos o
flash)
–Con realimentación
Bit a bit (aprox. sucesivas)
No bit a bit (servo o tracking)
•ADC indirectos
–Sin realimentación
Por intervalo de tiempo (rampa
sencilla, doble o triple)
Por frecuencia (convertidor
V/F)
–Con realimentación

19
Convertidor Analógico-Digital paralelo (flash)

20
Convertidor Analógico-Digital paralelo (flash)
Aumento de la resolución a costa de la velocidad de un ADC tipo flash

21
Convertidor Analógico-Digital por aproximaciones sucesivas
Este tipo de convertidores consiguen un buen compromiso entre velocidad de
conversión y complejidad del circuito.

22
Convertidor Analógico-Digital tipo servo
El contador bidireccional cuenta desde cero hasta un valor que hace que el DAC de
una salida igual a la entrada analógica, una vez llegado a este punto cualquier
variación en la entrada se traduce en un incremento o decremento del contador para
seguir a la entrada.

23
Convertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta

24Date: October 18, 2001
(A) mod_delta.dat
0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us
Time
V(Sal_latch)
5.0V
0V
SEL>>
Limitacion
(Slew rate)
V(Entrada) V(Condensador)
10V
0V
-10V

25

26

27Date: October 23, 2001
(A) delta_sigma.dat
0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us
Time
V(Sal_latch)
5.5V
4.0V
2.0V
0V
V(Entrada) V(Condensador)
10V
0V
-10V
SEL>>
doble frec muestreo

28
La rampa será:
el tiempo en alcanzar Vi:
Convertidor Analógico-Digital con integrador de rampa sencilla
En el momento inicial el integrador y el contador se ponen a 0. El integrador genera
una rampa que mientras no alcance el valor de Vi permite el paso de pulsos al
contador. Una vez que llegue a Vi se bloquea el reloj y se obtiene una salida digital
en el contador proporcional al tiempo que tarda en llegar a ese valor.
t
RC
V
V
ref
O ⋅=
ref
i
ref
i
V
RCV
T
T
RC
V
V
=
⋅=
1
1
ref
i
V
RCfV
fTN =⋅= 1

29
Convertidor Analógico-Digital con integrador de doble rampa
T1 T2
-V
Vo1
Vo2
Vo
t
fV
V
V
TV
T
RC
TV
RC
TV
RC
TV
V
RC
TV
VV
RC
tV
VV
RC
TV
V
RC
TV
VTt
RC
tV
V
f
T
ref
n
i
ref
irefi
refref
O
ref
O
ii
i
O
n
⋅
⋅
=
⋅
=⇒
⋅
=
⋅
⋅
=⇒
⋅
+−=→=
⋅
+−=
⋅
=⇒
⋅
−=−=
⋅
−==
2
00Cuando
En
2
1
2
21
22
2
2
11
1
11
n
ref
i
V
V
fTN 22 ⋅=⋅=

30
Otros convertidores
Convertidor tensión-frecuencia
A
B
1
1
1
1
1 T
R
V
IQ
C
Q
V i
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=→=

31
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
11
1
1
R
V
I
C
T
V i
Convertidor Tensión-Frecuencia
Durante el impulso del monostable:
Una vez cortada la fuente de corriente:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=→=
=⎯⎯←⋅
⋅
−=⋅−= ∫
11
1
11
2
11
2
1
2
11
1
11
1
:quelopor
0en
1
R
V
I
C
T
CR
TV
CR
TV
V
VTt
cteVt
CR
V
Vdt
R
V
C
VV
ii
i
A
i
porii
A
A
B

32
( )
21
1
11111
2
1111
1
2
1
:salidadefrecuenciala
TT
f
f
T
V
IRT
V
VTIRT
T
V
TVIR
V
RT
R
V
IT
s
s
ii
i
i
i
i
i
+
=
−
⋅⋅
=
⋅−⋅⋅
=
⋅−⋅
=
⋅
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−=
ITR
V
f i
s
⋅⋅
=
11

33
Una de las técnicas más empleadas para la realización del generador de corriente es
la llamada “espejo de corriente”

35
Phase Locked Loop (PLL) Comparadores 1

36
Phase Locked Loop (PLL) Comparadores 2

37
Phase Locked Loop (PLL) Ejemplo. HCF4046 (1)

38
Phase Locked Loop (PLL) Ejemplo. HCF4046 (2)

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