Lpez Balderas Javier Edgard y Jonatan Arturo Romero DurnConvertidores Analgicos DigitalesUna conversin analgica digital es el proceso mediante el cual una seal analgica muestreada se cuantifica y se convierte en un nmero binario.Los convertidores analgicos digitales son dispositivos electrnicos que transforman una seal analgica (que por lo general se encuentra en forma de voltaje o corriente) en una seal digital o una palabra codificada numricamente. Esta lgica se basa en dgitos binarios (0 y 1)s y su representacin se da por un nmero finito de dgitos. El convertidor analgico digital realiza operaciones de muestreo, retencin, cuantificacin y codificacin.En un sistema digital un reloj genera un pulso cada periodo de muestreo T. El convertidor A/D enva una seal digital (un nmero binario) al contador digital cada vez que el pulso llega.

Convertidor Digital Analgico de Resistencias ponderadas en forma binariaEs un tipo de convertidor muy simple y prctico cuando el nmero de bits es reducido.Este convertidor Convertidor Digital Analgico (DAC Digital Analog Converter) consiste en un conjunto de resistencias en paralelo de valores 1R, 2R, 4R.Esta estructura es inviable cuando el nmero de bits es elevado por que requiere resistencias muy precisas y de valor muy elevado.Cualquier informacin digital puede representarse como fuentes de voltaje seleccionados a travs de interruptores, as entonces cualquier nmero binario puede convertirse a un voltaje analgico equivalente por medio de redes resistivas donde cada resistencia da el paso del bit correspondiente.El voltaje que aparece en cualquier nodo de una red resistiva es igual a la suma de las corrientes que entran al nodo, dividida por la suma de las conductancias conectadas al nodo.

Convertidor Analgico Digital de Balance Continuo Suponiendo un contador capaz de contar hacia arriba o hacia abajo (up/down) segn el nivel de una seal de control. Tendremos as un convertidor que responde muy rpidamente a variaciones pequeas. Tal esquema, denominado convertidor de balance continuo.

Una desventaja es que siempre cambia de valor, aun con entrada constante, ya que siempre se pasa para uno u otro lado, oscilando con una amplitud de un LSB. Una solucin sera ignorar el bit menos significativo, o bien utilizar un convertidor con un bit ms de lo necesario.Convertidor Analgico Digital de Aproximaciones SucesivasEste tipo de convertidor es el ms utilizado cuando se requieren velocidades de conversin entre medias y altas del orden de algunos microsegundos a dcimas de microsegundos.Su diagrama de bloques, tiene un sistema de conteo por aproximaciones sucesivas, que bsicamente, est formado por un registro de desplazamiento de n bits controlados por un circuito digital. Estos circuitos suelen suministrarlos los fabricantes de Circuitos Integrados.

El proceso de conversin para este tipo de convertidores se basa en la realizacin de comparaciones sucesivas de manera descendente o ascendente, hasta que se encuentra la combinacin que iguala la tensin entregada por el D/A y la de entrada.Como el arranque parte siempre de cero, el registro de aproximaciones sucesivas, comienza poniendo a 1 el bit de ms peso (MSB), quedando el resto a cero, o sea, forma el valor 100 (para este ejemplo se utilizarn slo tres bits), que corresponde a la mitad de la mxima excursin de la tensin de entrad. Este valor es transformado a seal analgica, que a su vez se introduce en el comparador.Si esta seal es mayor que Vi, el comparador bascula dando lugar a una seal que hace que el registro vare su contenido, sustituyendo el 1 del bit de ms peso por un 0 y colocando en el bit de peso inmediatamente inferior un 1, quedando inalterado el resto de los bits (010).Por el contrario si la seal fuese menor que Vi, el registro no modifica el bit de ms peso inmediatamente inferior a 1, dejado a 0 el resto de los bits (110).Tanto en un caso como en otro, se efecta una nueva conversin D/A y luego se modifica el registro con el mismo criterio. El proceso se repite hasta alcanzar el bit de menos peso (LSB).Enel esquema siguiente, se muestra el diagrama de transiciones para 3 bits donde se indica el proceso de bsqueda de la combinacin digital. El proceso se repetirnveces, siendonel nmero de bits del registro de aproximaciones sucesivas. Por lo tanto el tiempo empleado en la conversin es independiente del valor de la seal analgica de entrada.

Convertidor Analgico Digital de Integracin Simple

Este tipo de convertidores se emplean en aquellos casos en los que no se requiere una gran velocidad, pero en los que es importante conseguir una buena linealidad. Son muy usados en los voltmetros digitales. Se hace la conversin en un slo paso. Disponemos de un integrador y la tensin VIN debe ser positiva (unipolar). Cuando SC=1, entonces:

1. Se cierra el interruptor cortocircuitando el condensador C, de manera que se descarga a travs de la RON del interruptor.2. Se resetea el contador colocndolo a cero.3. La unidad de control permite que la seal de reloj llegue al contador. Para ello coloca a 1 la tercera entrada de la puerta AND.

Tras estos pasos el integrador comienza en cero y como VIN es positivo, la salida del amplificador estar en saturacin positiva. Con ello, a la salida del comparador tendremos un 1 lgico, lo cual permitir que la seal de reloj CLK alcance al contador. A medida que se carga el condensador aumenta el valor de salida del integrador.

Esto continua igual hasta que en un momento determinado VIN es mayor o igual que VI lo que hace que el comparador se sature negativamente, y por tanto, VC = 0. En ese momento el resultado de la puerta NAND es un uno lgico, con lo cual impedimos que la seal CLK llegue al contador, terminando as el proceso de conversin.

Convertidor Analgico Digital de Integracin de Doble Rampa

El sistema funciona en dos partes en el tiempo proporcionando dos rampas distintas.

1. La entrada es la seal analgica VA que se desea digitalizar. Dura un tiempo fijo tF.2. Tiene como entrada -VREF y el tiempo es variable. Se supone VA>0.

Durante el primer perodo de tiempo la salida ser: V1= t .V A/RCYa que el condensador est descargado al comenzar la conversin mediante el interruptor que tiene en paralelo.

En el segundo tramo, al conmutar la entrada sta se hace negativa lo que implica una pendiente positiva. Sin considerar las condiciones iniciales la salida sera:

Se puede encontrar una expresin de esta ecuacin en la que, eliminando el tiempo, se introduzcan los pulsos de reloj. Si f es la frecuencia de reloj, su perodo ser la inversa de la frecuencia y se puede escribir

Nx depende de VREF externa y de nF que es el nmero fijo de pulsos de reloj que se puede fijar sin problema. La nica condicin a pedir al sistema es que el reloj debe tener una frecuencia constante durante el tiempo de conversin.

Los convertidores de este tipo son lentos: unas 30-40 conversiones por segundo, es decir de 30-40 mseg lo cual permite que el oscilador se muy sencillo del tipo RC.

Este convertidor es til ya que adems de tener una dependencia baja de la salida con la entrada, permite conseguir alta resolucin (24 bits o algo ms). Sin embargo esta alta resolucin puede presentar problemas de deriva o offset que se resuelva mediante una tercera rampa (7109). Su idea bsica es medir la deriva en la primera fase poniendo la entrada a cero y aadiendo esta deriva mediante un sumador en el resto del circuito. Se aade, por tanto, un tiempo previo al primero que es un ajuste de cero del A/D.

Por otra parte, si VA