ADC-DAC.pdf

2
Contenido
Conversores
Interfaz entre sistemas digital – sistema analógico
Convertidor digital-analógico (D/A)
Convertidor analógico-digital (A/D).

3
Interfases
En la naturaleza muchas cantidades son analógicas
(señal continua), tales como, temperatura, presión,
tiempo, velocidad, etc.
Con el avance tecnológico, la mayor parte de control
de procesos se realiza en forma digital a través de
sistemas basados en el microprocesador o
microcontrolador.
Las interfases son circuitos que permite que ambos
(cantidades y control) puedan trabajar juntos usando
los convertidores A/D y D/A.
Introducción

4
Interfaces
Sistema de posicionamiento de antena
Control de un satélite.
Satellite dish
Mux
analógico
ADC
Lógica de
temporización
y display
Controles de
posición manual
Entrada de
selección
Azimut (grados)
Elevación (grados)
AZ
EL
Satélite

5
Interfaces
Reproductor de CD
Diagrama de bloques simplificado .
Controles
On/Off
abierto/cerrado
reproducción,
pausa,
búsqueda de
pista
Cabezal de
exploración
láser
Procesador
de señales
digitales
Convertidor
digital-
analógico
(DAC)
Impulsos
Código
binario que
representa la
señal audio Canal de
audio
derecho
Canal de
audio
izquierdo
Amplificador
Amp
Amp
Amp

6
Interfaces
Grabador/Reproductor digital de cintas de audio
Diagrama de
bloques simplificado.
Procesador
de señales
digitales
Convertidor
digital-
analógico
(DAC)
Convertidor
analógico-
digital
(ADC)
Controles On/Off
reproducción, grabación,
pausa, avance rápido,
rebobinado
Control de cinta
Cabezales magnéticos
de lectura/escritura
Código digital
Entrada
audio
Canal de
audio
derecho
Canal de
audio
izquierdo
Amp
Amp
Amp
Código digital

7
Interfaces
Sistema de adquisición de datos
Estructura de adquisición y envío de datos.
Sistema
microprogramado
Sistema de
envío de datos
Sistema de
adquisición de
datos
Aplicación
controlada
Buses digitales
Buses digitales
Líneas analógicas Líneas analógicas

8
Interfaces
Esquema de bloques de adquisición de datos.
Interfase
Transductor
(galga peso)
Transductor
(sensor posición)
Transductor
(termopar)
Transductor
(optointerruptor)
Mux
analógico
Acondicionador
de señal
Captura y
mantenimiento
de señal
Convertidor
A/D
sistema
microprogramado
Señal analógica
Cambio de canal
Bus
digital
Orden de
captura
Orden de
conexión
Magnitudes físicas

9
Interfaces
Esquema de bloques de envío de datos.
Interfase
Captura y
mantenimiento de señal
Convertidor
D/A
sistema
microprogramado
Señal analógica
Cambio de canal
Bus
digital
Orden de
conversión
Registro
Demultiplexor
Captura y
Captura y
Captura y
Orden de captura
Actuadores
(triac y diac)
Actuadores
(contactores)
Actuadores
(relés)
Actuadores
(neumático)

10
Conversión digital-analógica (D/A)
La conversión D/A es el proceso de tomar un valor
representado en el código digital (binario o BCD) y
convertirlo en un voltaje o corriente que sea
proporcional al valor digital.
Introducción
Esquema de un convertidor D/A de 4 bits.
Convertidor
D/A
(DAC)
D
C
B
A
Salida
analógica
(voltios)
Entradas
digitales
Salida analógica = K * Entrada digital

11
Introducción
Tabla 3.1 Valores del voltaje de salida del D/A de 4 bits.
D C B A Vsal
0 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
0
1
2
3
4
5
6
7
D C B A Vsal
1 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
8
9
10
11
12
13
14
15

12
Un convertidor D/A de 5 bits tiene una corriente
como salida. Para una entrada digital de 10100, se
produce una corriente de salida de 10 mA. ¿Cuál
será el valor de Isal para una entrada digital de
11101?
Solución
➔ Para: 101002 = 20 se tiene, Isal = 10 mA
➔ Como: Isal = K * entrada digital → K = 0.5 mA
➔ Para: 111012 = 29 se tiene, Isal = (0.5 mA) x 29
➔ Isal = 14.5 mA
Ejemplo 1

13
¿Cuál es el valor máximo del voltaje producido por
un DAC de ocho bits que genera 1.0 V para una
entrada digital de 00110010?
Solución
➔ Para: 001100102 = 50 → 1.0 V = K x 50
➔ Por consiguiente: K = 20 mV
➔ Valor máximo de salida cuando la entrada es:
111111112 = 255
➔ Vsal (máx) = 20 mV x 255
➔ Vsal = 5.10 V
Ejemplo 2

14
Para el DAC de la figura 3.7 se observa que cada
entrada digital contribuye con una cantidad diferente
a la salida analógica.
Factores de ponderación
D C B A Vsal (V)
0 0 0 1 => 1
0 0 1 0 => 2
0 1 0 0 => 4
1 0 0 0 => 8
Tabla 3.2 Valores de ponderación de un DAC de 4 bits.

15
Un convertidor de cinco bits produce Vsal = 0.2 V
para una entrada digital de 00001. Calcule el factor
de ponderación de Vsal para una entrada 11111?
Solución
➔ El factor de ponderación del LSB es 0.2 V.
➔ Los otros bits serán: 0.4 V, 0.8 V, 1.6 V y 3.2 V
respectivamente.
➔ Para la entrada 11111 = 3.2+1.6+0.8+0.4+0.2
➔ Vsal = 6.2 Voltios.
Ejemplo 3

16
Se define como la menor variación que puede
ocurrir en la salida analógica como resultado de un
cambio en la entrada digital. Ver figura 3.8
Resolución (tamaño de paso)

17
Resolución (tamaño de paso)
Formas de onda de salida del DAC cuando las entradas se
obtienen de un contador binario.
Convertidor
D/A
Resolución
= 1 V
Reloj
Contador
de 4 bits
A
B
C
D
0 V
1 V
2 V
3 V
4 V
5 V
10 V
VSAL
Escala completa
(entrada = 1111) 15 V
La entrada vuelve
al estado 0000
Resolución = tamaño de paso = 1 V
Tiempo

18
¿Cuál es la resolución (tamaño de paso) del DAC de
cinco bits que produce VSAL = 0.2V para una entrada
digital de 00001. Describa la salida en escalera.
Solución
➔El LSB para este convertidor tiene un factor de
ponderación de 0.2 V, esta es la resolución o tamaño
de paso. Se puede generar una forma de onda en
escalera al conectar un contador de cinco bits en las
entradas del DAC. En este caso, la escalera tendrá
32 niveles, desde 0V hasta 6.2V de salida a escala
completa, con 31 niveles, cada una de 0.2 V.
Ejemplo 4

19
Para el DAC anterior, determine VSAL para una
entrada digital de 10001.
Solución
➔El tamaño de paso es de 0.2 V, que es igual al
factor de proporcionalidad K. La entrada digital es
10001 = 1710.
➔Por tanto: VSAL = (0.2 V) x 17
VSAL = 3.4 V
Ejemplo 5

20
Un convertidor DAC de 10 bits tiene un tamaño de
paso de 10 mV. Determine el voltaje de salida a
escala completa y la resolución porcentual.
Solución
➔Con 10 bits, habrá 210 –1 = 1023 pasos de 10 mV
cada una. La salida a escala completa será, por tanto,
10 mV x 1023 = 10.23 V y
➔
Ejemplo 6
resolución porcentual =
10 mV
10.23 V
x 100% = 0.1 %

21
Resolución: Es el recíproco del número de bits del
DAC. Por ejemplo:
➢ Un DAC de 4 bits tiene una resolución de:
1/(24 – 1) * 100 = 6,67%.
➢ Un DAC de 8 bits tiene una resolución de:
1/(28 – 1) * 100 = 0,392%.
Precisión: Es una comparación entre la salida real
de un DAC y la salida esperada. Se expresa como un
porcentaje de la tensión de salida a escala completa
o máxima. Por ejemplo:
Especificaciones del DAC

22
➢ Si la salida a escala completa de un DAC es de 10 V y la
precisión es ±0.1%, entonces el error máximo para
cualquier tensión de salida es (10 V)(0.001) = 10 mV.
➢ Idealmente, la precisión debería ser ± ½ de LSB.
➢ Si para un DAC de 8 bits, 1 LSB es 1/256 = 0,0039; su
precisión aproximada es del ±0.2%.
Linealidad: Un error lineal es una desviación de la
salida ideal (una línea recta) del DAC. Un caso
especial es el error de offset, que es la tensión de
salida cuando los bits de entrada son ceros.

23
Monotonicidad: Un DAC es monotónico si su
salida aumenta a medida que la entrada binaria se
incrementa de un valor a otro. Es decir, no produce
escalones inversos cuando se le aplica una entrada
digital.
Tiempo de establecimiento: Se define como el
tiempo que tarda un DAC en quedar dentro de ± ½
LSB del valor final cuando se produce un cambio en
el código de entrada.

24
Determine la salida del DAC, si se aplican a las
entradas las formas de onda (secuencia de números
de 4 bits). La entrada D0 es el bit LSB.
Solución
Se calcula la corriente de salida por c/u de las entradas
Ejemplo 7
1
0
1 3
1
0
1
0
1
0
D3
D2
D1
5 7 9 11 13 15
D0
D3
D2
D1
D0
Vsal
Rf
10K
50K
25K
100K
200K
+
-

25
➔ I0 = 5V/200K = 0.025 mA
➔ I1 = 5V/100K = 0.05 mA
➔ I2 = 5V/50K = 0.1 mA
➔ I3 = 5V/25K = 0.2 mA
Entonces la caída de tensión en Rf es:
➔ VD0 = (10K)(-0.025 mA) = - 0.25 V
➔ VD1 = (10K)(-0.05 mA) = - 0.5 V
➔ VD2 = (10K)(-0.1 mA) = - 1 V
➔ VD3 = (10K)(-0.2 mA) = - 2 V
Ejemplo 7
(Vsal/Vin) = -(Rf/Rin)
Vsal
Vin
Rf
10K
+
-
Rin

26
El primer código de entrada binario es:
➢ 0000, que produce una tensión de salida de 0 V.
➢ 0001, que da lugar a una tensión de salida de – 0.25 V.
➢ 0010, que produce una tensión de salida de – 0.5 V.
➢ 0011, que da lugar a una tensión de salida de:
(- 0,25) + (- 0.50) = - 0.75 V.
➢ Cada sucesivo código binario aumenta la tensión de salida
en – 0.25 V por lo que, para esta secuencia binaria
particular en las entradas, la salida es una forma de onda
en escalera que va desde 0 V a – 3.75 V, a escalones de –
0.25 V.
Ejemplo 7

27
Ejemplo 7
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Entrada binaria
0
-0.25
-0.50
-0.75
-1.00
-1.25
-1.50
-1.75
-2.00
-2.25
-2.50
-2.75
-3.00
-3.25
-3.50
-3.75
Vsal
Salida del DAC del
ejemplo 7

28
Conversión analógica- digital (A/D)
La conversión A/D es el proceso por el cual una
magnitud analógica se convierte a formato digital.
➢ La conversión A/D es necesaria cuando se debe expresar
en forma digital una serie de magnitudes medidas, para
procesarlas en un computador, o presentarlas en un
display o almacenarlas.
➢ El proceso de conversión toma un cierto tiempo, luego del
cual, se muestra el valor digital equivalente a la entrada
analógica.
Existen muchas técnicas para diseñar ADC, pero
todas son parecidas funcionalmente.
Introducción

Convertidor A/D
• Un convertidor analógico-digital (ADC Analog-to-
Digital Converter) es un dispositivo electrónico capaz
de convertir una entrada analógica de voltaje en un
valor binario. Se utiliza ampliamente para lograr
recibir señales del mundo real de manera digital. La
señal analógica, que varía de forma continua en el
tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se
somete a un muestreo a una velocidad fija,
obteniéndose así una señal digital a la salida.
3
3
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

• Los convertidores A/D son dispositivos electrónicos que
establecen una relación biunívoca entre el valor de la
señal en su entrada y la palabra digital obtenida en su
salida. La relación se establece en la mayoría de los
casos, con la ayuda de una tensión de referencia.
• Un ADC posee dos señales de entrada llamadas Vref+ y
Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una
señal de entrada.
• El dispositivo establece una relación entre su entrada
(señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su
resolución. Esta resolución se puede saber, siempre y
cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de
información utiliza y la cantidad máxima de la salida en
dígitos binarios.
4
4
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

5
5
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

6
6
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

7
7
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

8
8
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

9
9
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

29
a) ConvertidorADC básico
Unidad de
control
Registro
Convertidor
D/A
+
-
Opamp
VA
Entrada analógica
Comparador
VAX
Resultado digital
Inicio
Reloj
FDC
(Fin de conversión)
Diagrama básico de un ADC.

• La operación básica de los ADC de este tipo consta de
los siguientes pasos:
1. El comando de INICIO pasa a ALTO, dando inicio a la
operación.
2. A una frecuencia determinada por el reloj, la unidad
de control continuamente modifica el número
binario que esta almacenado en el registro.
3. El número binario del registro es convertido en un
voltaje analógico VAX, por el DAC.
4. El comparador compara VAX con la entrada analógica
VA. Mientras VAX < VA, la salida del comparador
permanece en ALTO, de lo contrario esta cambia a
BAJO y detiene el proceso de modificación del
numero en el registro.
5. La lógica de conversión activa la señal de fin de
conversión, FDC.
11
11
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez

32
b) Convertidor ADC de rampa digital
Contador
Convertidor
D/A
+
-
Opamp
VA
Entrada analógica
Comparador
VAX
Resultado digital
Inicio
Reloj
FDC
Reset
Convertidor ADC de rampa digital.
VA
FDC
VAX
tc
Conversión
completa - el
contador deja
de contar
Inicio

ADC de Rampa Digital (Ejemplo 01)
13
13
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez
• Si se tiene un ADC de rampa digital, que opera a una
frecuencia de reloj de 1MHz, Vt = 0.1 mV un
voltaje del DAC a escala completa de 10.23V, un
voltaje de referencia de 0V y una entrada de 10 bits.
Determine:
a) Salida digital obtenida para un VA=3.728
b) El tiempo de conversión
c) La resolución del convertidor
d) El rango de voltajes de entrada que mantienen la
misma codificación que VA=3.728.
e) El tiempo máximo de conversión
f) La frecuencia máxima de conversión
g) La frecuencia máxima de conversión según el teorema
de muestreo

c) ADC DE APROXIMACIONES SUCESIVAS (CAS)
• Este convertidor es uno de los más utilizados a pesar de
poseer un circuito más complejo que los de rampa digital.
• Como característica, posee un tiempo de conversión más
pequeño que los de rampa digital y es de valor fijo y no
depende del valor de la señal analógica.
• En la siguiente figura se ilustra un CAS. Se observa, que es
parecido al rampa digital, pero que no utiliza un circuito
contador, en vez de ello, hace uso de un registro de
almacenamiento temporal.

15
15
Instrumentación
09
Convertidor
Analógico
Digital
Prof.
Edgardo
Adrián
Franco
Martínez
• La operación básica del ADC por aproximaciones
sucesivas es:
1. Primero todos los bits son cero e iniciando con el
más significativo se cambia a 1 y se compara con la
entrada analógica por medio de un D/A.
2. Si la salida del D/A no excede la señal de entrada, el
bit se deja en 1 o viceversa.
3. Se continua con el siguiente bit hasta el LSB.
• Observaciones
• La salida digital es puesta en formato paralelo.
• Este ADC utiliza n ciclos de reloj.
• Es una técnica muy popular, barata, relativamente
precisa y rápida.

.,�
.. el
�1eb1t
GetMl"IOfOíOfln
INICIO
._.__
...._,,
'.. tttji.,c))
,., onc'o1$nll,
on �I AEc:ilSiRO
'"'

hacia 1a
Comparador
Entada
lógica de
+ Analógica
VA= 10.4V VM
contro1
12 -
R 03
MSB
11 --rtr1-
desdela
E
10 -
- COO''l:G
.,,., - - - �
lógica de
G 02
s
control
1
DAC
' '
s
Tamañode
8 -
' '
T o, Paso
'
1 1
"'1V
VAA ' '
R
o ºº • " t, t, • .. • Tiempo

ADC PARALELO FLASH
• El convertidor paralelo (flash) es el ADC más rápido
disponible en la actualidad, pero requiere de más circuitos
que los otros tipos de convertidores.
• Un ADC paralelo de 6 bits requiere de 63 comparadores
analógicos, uno de 8 bits necesita de 255 comparadores y
el de 1O bits requiere de 1023.
• El gran número de comparadores limita el tamaño de los
convertidores paralelos.
• En la actualidad se encuentran en el mercado
convertidores paralelos de 2 a 1O bits.

El convertidor de la Figura tiene una resolución de 3 bits y
un tamaño de paso de 1 Volt.
El divisor de voltaje fija niveles de referencia para cada
comparador, de manera que haya siete niveles
correspondientes a 1 Volt (factor de ponderación del LSB),
2V, 3V,...y 7V (escala completa).
La entrada analógica, VA, se c onec ta a la otra entrada de
cada comparador.
En la Figura posterior se aprecia la salida de los
Comparadores para los valores de voltaje ingresados y
los códigos BCD correspondientes.

3K
1 K
1 K
1 K
1 K
,.
MSB
dtgltltl
:¡Saloda
i=-._A
Entrada 3na1og1ca
Aueklción • 1 V
v.

EJEMPLO
Determinar el código binario de salida del ADC flash de tres
bits para la señal analógica de entrada de la Figura y los
impulsos de muestreo mostrados (habilitación del codificador).
En este ejemplo VREF=+8V.
7
6
Tensión 5
en:da
4
analógica 3
2�---
lmpulsos
de
mucs,rco
2 3 4 S 6 7 8 9 'º 11 12

ADC-DAC.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a ADC-DAC.pdf

Similar a ADC-DAC.pdf (20)

Último

Último (20)

ADC-DAC.pdf