1. CONVERTIDORES
ANALÓGICOS/DIGITALES
PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y
APLICACIONES DIGITALES

2. INTRODUCCIÓN
El convertidor A/D es el único elemento
totalmente Indispensable en un sistema
de adquisición de datos. Además él por
si sólo puede constituir un SAD.
Generalmente suele ser
el más caro de todos los elementos que
constituyen el SAD aunque, por
supuesto, su precio depende de la
calidad de las prestaciones que se le
pidan. Estas serán: la exactitud, que
depende de los errores que se
produzcan y de la resolución (número de
bits), y la velocidad.
A nivel de elemento de circuito, el A/D
se caracteriza por una entrada
analógica, una salida digital y varias
señales de control y alimentación.

3. Las señales de control más importantes y características son: SC (Start
Conversion) y EOC (End Of Conversion). La primera es una entrada que
requiere el circuito para que comience la conversión que durará un
tiempo que a veces es conocido de antemano y otras veces no. La
señal EOC es la que indica al circuito o microprocesador donde están
entrando las señales digitales, cuándo ha terminado la conversión. Es
por tanto una señal de salida.
El elemento de salida del A/D es un latch o registro donde se almacena
el dato. Este permanecerá almacenado o cambiará controlado por
unas entradas de Enable y Chip Select del latch

4. Tipos de convertidores A/D.

5. Escalera
Consta de un D/A en el que la
entrada es un contador. La entrada
RST al contador es la de inicio de
cuenta. El amplificador es un
circuito comparador. Su
funcionamiento no es el de un
amplificador lineal, sino que está
fabricado para comparar V+ con V-
como lo hace un amplificador
operacional, llevando al
amplificador a saturación positiva o
negativa. Tiene con él dos
diferencias: en primer lugar es más
rápido y además trabaja en niveles
compatibles con TTL. Es decir su
forma de trabajo es
Si V+>V- sat. positiva y Vo=5V
Si V+<V- sat. negativa y Vo=0V

6. El funcionamiento del A/D es el siguiente: Con
la señal RST el contador se pone a 0 con lo
que la entrada del D/A tendrá ese valor y así
mismo la salida. Por tanto V-=0. Pero V+=VIN
debe ser mayor que cero, por lo que VIN>V- y
el amplificador se satura positivamente por lo
que la salida Vo=5V=EOC. En esta situación se
habilita la puerta AND permitiendo el paso
de un pulso de reloj que obliga al contador a
contar. En su salida tendrá un LSB que saldrá
en analógico a la salida del D/A. Si su valor es
menor que VIN la salida del amplificador
seguirá siendo 5V, por lo que el contador
contará otra vez. Y así sucesivamente hasta
que V->VIN. En ese momento la salida del
amplificador pasará a valer 0V inhabilitando la
puerta. Por tanto, el contador recorrerá, en
cada caso, todos los estados hasta que la
salida del D/A supere la tensión de entrada.
Dada la gran precisión del amplificador nunca
se dará la situación de que sus dos entradas
sean iguales. Siempre estará saturado.

7. Seguimiento
Es especialmente útil cuando la señal a medir no evoluciona
muy rápido y queremos saber de forma continuada el valor de
VIN. es decir lee continuamente. En el circuito anterior, cada vez
que se quería hacer una lectura había que empezar por el
principio. Aquí, una vez que se ha alcanzado el valor aproximado
a la señal VIN el contador solo aumenta o disminuye sobre
este valor. Hace un seguimiento del señal. La señal SC, por tanto,
es sólo una RST que se conecta a la señal de alimentación para
comenzar. Una vez que está contando no se necesita esta señal
ya que la cuenta es ininterrumpida. La forma de obtener la señal
SC será entonces

9. Aproximaciones sucesivas
En este circuito, se sustituye el contador por un registro de
aproximaciones sucesivas (RAS).
La idea de este circuito es lograr llegar al valor final, sin tener
que recorrer todos los anteriores. Para ello, se pretende conocer
en cada ciclo de reloj el valor de un bit. En primer lugar el valor
del bit mas significativo Dn-1, después el Dn-2 y así
sucesivamente.

10. Parámetros característicos de
los A/D
RESOLUCIÓN:
Es el número de bits que posee la salida digital, se mide en bits
o en LSB. Los de aproximaciones sucesivas son, como mucho, de
14 ó 16 siendo lo normal de 12 bits, aunque también los hay de
8 ó 10. Con 8 bits resulta ser muy pobre el convertidor, sin
embargo si se busca bajo coste puede ser adecuado. Para A/D
discretos, no integrados, n= 10, 12 es lo más corriente. En
general podemos decir que aquellos convertidores con n≥ 12
bits se consideran de alta resolución.

11. Parámetros característicos de
los A/D
VELOCIDAD:
En un A/D se pasa de dos magnitudes continuas V y t a dos discretas. Al digitalizar, las
tensiones se convierten en A valores discretos, ya que la resolución no es infinita sino. La
diferencia entre un valor y el siguiente es el LSB, que se obtiene como RANGO/2n
.
Por otra parte al digitalizar la señal en el tiempo también se discretiza. Se da la orden de
comienzo (SC, Start Conversion) y cuando se termina la conversión el A/D da la señal de haber
terminado (EOC, End Of Conversion) y entre estas dos señales transcurre un tiempo durante el
cual se ha realizado una conversión.
La medida que se digitaliza en cada instante no será, probablemente, el valor real de la señal,
sino el valor más próximo dentro de la discretización de V. Se produce, por tanto, un error de
cuantización que depende de n. Este error sería de 1 LSB o de medio LSB como máximo
dependiendo del método empleado. A medida que n sea mayor, menor será el error.
Igualmente se produce un error debido a la discretización temporal. Cada instante de medida
será
ti = iT, siendo T la diferencia temporal entre dos medidas.