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Subido porRicardo Solorzano
Convertidores Digital Analogico
Este documento describe los diferentes tipos de convertidores digital-analógico (DAC) y analógico-digital (ADC). Explica que los DAC convierten señales digitales a analógicas mediante redes de resistencias ponderadas o en escalera, mientras que los ADC usan métodos como paralelo, aproximaciones sucesivas, rampa o sigma-delta. También cubre características clave como resolución, velocidad y errores, y diferentes clasificaciones de ADC como directos e indirectos.
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- 2. 2 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-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. 3 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-Digital 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. 4 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-Digital Características de los ADC • 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. 5 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-Digital Características de los ADC • Relación entrada-salida – Exactitud (determinada por los errores) – Velocidad de conversión
- 6. 6 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-Digital Características de los ADC • 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. 7 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-Digital Características de los ADC • 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. 8 Conversión Digital-Analógica yAnalógica-Digital Características de los ADC • Parámetros básicos a considerar en la elección de un ADC Conversión Digital-Analógica y Analógica-Digital – 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. 9 Características de losDAC 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. Conversión Digital-Analógica y Analógica-Digital
- 10. 10 Conversión Digital-Analógica Un DAClineal, 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. 11 Conversión Digital-Analógica 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. 12 Conversión Digital-Analógica DAC conred en escalera V R R VVO 2 1 −=
- 13. 13 Conversión Digital-Analógica DAC conred en escalera (caso 1000) 33 3 ref refn V R R VV −=−=
- 14. 14 Conversión Digital-Analógica DAC conred en escalera (caso 0100) 3 2 ref n V V −= 62 2 3 refn n VV V −==
- 15. 15 Conversión Digital-Analógica DAC conred en escalera (caso 0010) 3 1 ref n V V −= 62 1 2 refn n VV V −== 122 2 3 refn n VV V −==
- 16. 16 Conversión Digital-Analógica DAC conred en escalera (caso 0001) 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. 17 Conversión Digital-Analógica DAC conred 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. 18 Conversión Analógica-Digital Un ADCconvierte 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. 19 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitalparalelo (flash)
- 20. 20 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitalparalelo (flash) Aumento de la resolución a costa de la velocidad de un ADC tipo flash
- 21. 21 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitalpor aproximaciones sucesivas Este tipo de convertidores consiguen un buen compromiso entre velocidad de conversión y complejidad del circuito.
- 22. 22 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitaltipo 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. 23 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitaltipo sigma-delta
- 24. 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 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
- 25. 25 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitaltipo sigma-delta
- 26. 26 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitaltipo sigma-delta
- 27. 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 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
- 28. 28 La rampa será: eltiempo en alcanzar Vi: Conversión Analógica-Digital 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. 29 Conversión Analógica-Digital Convertidor Analógico-Digitalcon 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. 30 Otros convertidores Convertidor tensión-frecuencia A B 1 1 1 1 1T R V IQ C Q V i ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −=→=
- 31. 31 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −= 11 1 1 R V I C T V i Convertidor Tensión-Frecuencia Duranteel 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.
- 33. 33 Convertidor Tensión-Frecuencia Una delas técnicas más empleadas para la realización del generador de corriente es la llamada “espejo de corriente”
- 34. 34 Phase Locked Loop(PLL)
- 35. 35 Phase Locked Loop(PLL) Comparadores 1
- 36. 36 Phase Locked Loop(PLL) Comparadores 2
- 37. 37 Phase Locked Loop(PLL) Ejemplo. HCF4046 (1)
- 38. 38 Phase Locked Loop(PLL) Ejemplo. HCF4046 (2)
- 39. 39 Comparación entre convertidoresA/D © ITES-Paraninfo