Convertidores D/A y A/D (Analógico- Digital)

7/23/2019 Convertidores D/A y A/D (Analgico- Digital)

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DEFINICION: Un convertidor es un dispositivo para convertir datos digitales enseales de corriente o de tensin analgica.Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensin, que tieneuna tensinde referencia estable y fija como entrada.Se utilizan abundantemente en los reproductores de discos compactos, reproductoresde sonido ,cintas de vdeo digitales, y en los equipos de procesamiento de sealesdigitales de sonido y vdeo.CARACTERISTICAS:

RESOLUCION: nmero mximo de bits de salida (la salida digital). Este dato permitedeterminar el nmero mximo de combinaciones en la salida digital. Este nmeromximo est dado por: 2ndonde nes el nmero de bits.Resolucin = VoFS / [2n- 1] Donde:- n = nmero de bits del convertidor

- VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener unaconversin mxima (todas las salidas son "1")PRECISION: Las dos ms comunes se les llama Error de Escala Completay Error deLinealidadTIEMPO DE RESPUESTA: Lavelocidad de operacin.VOLTAJE DE BALANCE: voltaje de salida.
http://www.unicrom.com/Tut_divisionvoltaje.asphttp://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://www.unicrom.com/Tut_voltaje.asphttp://www.unicrom.com/Tut_divisionvoltaje.asp


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TIPOS a) Propsito general (8-12b) b) Alta resolucin (12-24b) c) Alta velocidad (5ns)


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CIRCUITOSYANLISISDAC DERESISTORESPONDERADOS

Consiste en utilizar una serie de fuentes de corrienteponderadas que ocurren a un nodo sumador decorrientes. Cada corriente se conmuta en funcin delvalor del bit correspondiente. Esta idea se implementa

con resistencias y llaves analgicas, como se muestra enla figura.


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DAC DEREDENESCALERAR-2R

La ventaja del arreglo R-2R es el manejo de solo dos valores deresistores lo que facilita la construccin del dispositivo.

La conversin D/A se lleva a cabo en la red resistiva; debe explicarse elanlisis de las corrientes en los resistores R-2R para obtener lasexpresiones del funcionamiento del convertidor. La red resistiva R-2Rtiene la particularidad de que cualquiera sea el nmero de secciones laresistencia vista (excepto al final) es R.


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Un convertidorA/Dtoma un voltaje de entradaanalgico y despus de cierto tiempo produce uncdigo de salida digital que representa la entradaanalgica.

CARACTERISTICASRESOLUCION: Es el nmero de bits que tiene la palabra de salida delconvertidorTIEMPO DE CONVERSION: Es el tiempo que tarda en realizar una medida

el convertidor en concretoTENSION DE FONDO: Es igual al voltaje de referencia, es el voltajeutilizado en el proceso de conversin y que sirve como referencia mxima.


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TIPOS O CLASIFICACION


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CONVERTIDORESFLASH(ENPARALELO)

Consisten en una serie de comparadores quecomparan la seal de entrada con unareferencia para cada nivel. El resultado de lascomparaciones ingresa a un circuito lgico que

cuenta los comparadores activados.

Las referencias para cada nivel se obtienen conun divisor resistivo mltiple. Los valores de lasresistencias extremas difieren de las restantespara lograr que la conmutacin de un cdigo alsiguiente se produzca a mitad de camino delintervalo que corresponde a ese cdigo.


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En el convertidor A/D flash la cantidad de comparadores y

resistores para las tensiones de referencia se calculan conbase en el nmero de bits n.No. de comparadores= 2n-1

No. de resistores= 2n El tiempo tpico de conversin del ADC flash es de 20ns.

Este convertidor no requiere de seal de reloj para realizarla conversin.


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CONVERTIDORDEAPROXIMACIONESSUCESIVAS

El funcionamiento, es el siguiente: tras una seal deinicio para la conversin, el registro aplica un 1 en elMSB (bit n) del conversor D/A y un 0 en el resto de losbits.

La salida del D/A ante dicho cdigo (1000...0) se ubica enla mitad de la escala (Vref / 2). Si vi > Vref / 2, el MSBqueda fijado definitivamente en 1. Si, por el contrario, Vi< Vref / 2, el MSB vuelve a 0.

En el paso siguiente, con independencia del valor fijadopreviamente para el MSB (bit n), el bit n-1 es llevado a 1.


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Nuevamente, si Vi supera el valor que ante ese cdigo (x100...0)genera el conversor D/A, el 1 se conserva, de lo contrario vuelve a 0.

En el tercer paso se procede de igual manera: se lleva el bit n-2 a 1y se compara la entrada con la salida del D/A ante ese cdigo(xx10...0) y, segn el resultado, se conserva el 1 o se lleva a 0.

El proceso contina hasta que se llega al LSB (bit 1). Una vezdecidido el valor de ste, queda concluida la conversin. Con estetipo de conversor el tiempo de conversin es de n ciclos de reloj, enlugar de 2n(o an mayor) como en los otros casos.


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CONVERTIDORDERAMPADISCRETAODIGITAL

Operan generando un cdigo digital que es aplicadocomo entrada a un conversor D/A. La salida de ste secompara con la entrada y, segn el signo del error, seincrementa o no el cdigo. El generador de cdigo es un

simple contador ascendente.


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CONVERTIDORDEBALANCECONTINUO

Es un contador capaz de contar hacia arriba o haciaabajo (up/down) segn el nivel de una seal de control.Tendremos as un conversor que responde muyrpidamente a variaciones pequeas.


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CONVERTIDORDESIMPLERAMPAEn este tipo de conversores se utiliza un integrador con un capacitorque se carga a pendiente constante hasta alcanzar la tensin aconvertir, instante en que cesa la integracin. El tiempo requeridoes proporcional a la tensin de entrada, y puede medirse con uncontador que cuente ciclos de un reloj.

El integrador comienza a integrar la tensin Vref, obtenindose:1 =


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CONVERTIDORDEDOBLERAMPA

Este esquema permite independizarse de la precisin de fck, R y C. Laconversin se hace en dos etapas. En la primera se realiza unaintegracin de la tensin de entrada durante un tiempo fijo, y en lasegunda se produce la descarga, con pendiente fija, durante un tiempoque depende de la cantidad de carga acumulada.

La conversin se realiza contando pulsos de reloj durante el tiempo dedescarga del integrador hasta que ste retorna a 0. El ciclo comienzacuando se resetean, simultneamente, el contador y el flip-flop FF.


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CONVERTIDORESSIGMA-DELTA

Estos convertidores digitalizan la seal con una muybaja resolucin (1-bit) y con un ritmo de muestreo muyelevado (MHz).

Estos tipos de convertidores son muy adecuados paraconversiones donde la resolucin es un factor muyimportante y donde la frecuencia de las seales no es

muy elevada, como puede ser el caso de utilidades deaudio.

E id i d l l l l i d d


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En un convertidor sigma-delta la seal analgica de entrada seconecta a un integrador cuya salida se compara con el voltaje demasa del sistema mediante un comparador.

ste ltimo acta como una ADC de 1-bit generando una salidabinaria (+V o V) dependiendo de si la salida del integrador espositiva o negativa.

La salida del comparador pasa a travs de un flip-flop de tipo D(con una seal de reloj de alta frecuencia) y realimenta otrocanal del integrador, conduciendo a ste en la direccin de los0V.


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Convertidor Digital - Analgicode 4 bits

EJEMPLOSDEFUNCIONAMIENTO


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Primero se define el nmero mximo de bits desalida (la salida digital) .Este nmero mximoest dado por: 2ndonde n es el nmero de bits.

Para hallar la resolucin se utiliza la siguientefrmula:Resolucin = VoFS / [2n- 1]


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EJEMPLO

Se tiene un convertidor digital - analgicode 8 bits y elrango de voltaje de salida de 0 a 5 voltios.

Con n = 8, hay una resolucin de 2N= 256 o lo que es omismo: El voltaje de salida puede tener 256 valoresdistintos (contando el "0")

Tambin: resolucin = VoFS / [ 2n - 1] = 5 / 28-1 = 5 / 255 =19.6 mV / variacin en el bit menos significativo. Con n = 4bits, se consiguen 2n= 16 posibles combinaciones deentradas digitales

La salida analgica correspondiente a cada una de las 16combinaciones depender del voltaje de referencia queestemos usando, que a su vez depender del voltaje mximoque es posible tener a la salida analgica.

Si el voltaje mximo es 10 Voltios, entonces el Vref. (voltajede referencia) ser 10 / 16 = 0.625 Voltios.Si el voltaje mximo es 7 voltios, Vref = 7 / 16 = 0.4375

Voltios.


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Si el Vref = 0.5 Voltios:


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CONVERTIDORANALGICO-DIGITAL(CAD)DE4BITS


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Primero se define el nmero mximo de bits desalida (la salida digital). Este nmero mximoest dado por: 2ndonde n es el nmero de bits.

Para hallar la resolucin se utiliza la frmula:Resolucin = ViFS/[2n- 1]


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EJEMPLO

Con n = 4 y ViFS = 15 Voltios La resolucinser = ViFS / [2n-1] = 15 / [24-

1] =15 / 15 = 1 voltio / variacin en el bitmenos significativo

Esto significa que un cambio de 1 voltio en laentrada, causar un cambio del bit menossignificativo (LSB) a la salida.


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