ConvertidoresDigital-Analógico
yAnalógico-Digital
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-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.
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-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…)
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-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...
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-DigitalCaracterísticas de los ADC
• Relación entrada-salida
– Exactitud (determinada por los errores)
– Velocidad de conversión
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-DigitalCaracterísticas de los ADC
• Errores en los ADCSALIDADIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111CA/D
Vi / Vref0 1,0
Ideal para3 bits
Real para3 bits
ERRORDE
CERO
SALIDADIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111CA/D
Vi / Vref0 1,0
Ideal para3 bitsG = 1
Real para3 bitsG > 1
>1 LSB (a) (b)
Error deGanancia
Punto deGananciaNominal
Punto deGanancia
Real
LSB21
VV
ELSBi
01..00icero −=
LSBi
GRiGNiganancia V
VVE
−=
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-DigitalCaracterísticas de los ADC
• Errores en los ADC
Vi / Vref
Vi/Vref
SALIDADIGITAL
000
001
010
011
100
101
110
111CA/D
0 1,0
Pérdidade
Código
e
+0,5LSB
- 0,5LSB
No-linealidadintegral
+1LSB
-1LSB
1LSB
No-linealidaddiferencial
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Conversión Digital-Analógica y Analógica-DigitalCaracterísticas 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)
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Características de los DAC
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
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Conversión Digital-Analógica
Un DAC lineal, 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:
( )nnnnFEO DDDDVV −−−−−
−− ++⋅⋅⋅++= 2222 0
11
22
11
n
n
FEOmax VV2
12 −=
11
Conversión Digital-Analógica
L
Onn
nnrefO R
VR
DR
DR
DR
DVI −=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++⋅⋅⋅++−= −−
−−10
2121
222
DAC de resistencias ponderadas
En la figura la corriente en la masa virtual es:
y la tensión de salida:
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++⋅⋅⋅+++= −−
−−− 1
02
1321 2242 nn
nnn
LrefO
DDDDDRRVV
12
Conversión Digital-Analógica
DAC con red en escalera
V
RRVVO 2
1−=
13
Conversión Digital-Analógica
DAC con red en escalera (caso 1000)
333ref
refn
VRRVV −=−=
14
Conversión Digital-Analógica
DAC con red en escalera (caso 0100)
32ref
n
VV −=
622
3refn
n
VVV −==
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Conversión Digital-Analógica
DAC con red en escalera (caso 0010)
31ref
n
VV −=
621
2refn
n
VVV −==
1222
3refn
n
VVV −==
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Conversión Digital-Analógica
DAC con red en escalera (caso 0001)
242
122
62
3
23
12
01
0
refnn
refnn
refnn
refn
VVV
VVV
VVV
VV
−==
−==
−==
−=
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Conversión Digital-Analógica
DAC con red 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:
RRVV nO 2
13−=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++⋅⋅⋅++= −−
−− 1
02
121 2222
13 nn
nn
refO
DDDDR
RVV
18
Conversión Analógica-Digital
Un ADC convierte 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
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Conversión Analógica-Digital
Convertidor Analógico-Digital paralelo (flash)
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Conversión Analógica-Digital
Convertidor Analógico-Digital paralelo (flash)
Aumento de la resolución a costa de la velocidad de un ADC tipo flash
21
Conversión Analógica-Digital
Convertidor Analógico-Digital por aproximaciones sucesivasEste tipo de convertidores consiguen un buen compromiso entre velocidad de conversión y complejidad del circuito.
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Conversión Analógica-Digital
Convertidor Analógico-Digital tipo servoEl 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.
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Conversión Analógica-DigitalConvertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
24Date: October 18, 2001
(A) mod_delta.dat
0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us
TimeV(Sal_latch)
5.0V
0VSEL>>
Limitacion
(Slew rate)
V(Entrada) V(Condensador)
10V
0V
-10V
Conversión Analógica-DigitalConvertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
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Conversión Analógica-DigitalConvertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
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Conversión Analógica-DigitalConvertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
27Date: October 23, 2001
(A) delta_sigma.dat
0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us
TimeV(Sal_latch)
5.5V
4.0V
2.0V
0V
V(Entrada) V(Condensador)
10V
0V
-10VSEL>>
doble frec muestreo
Conversión Analógica-DigitalConvertidor Analógico-Digital tipo sigma-delta
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La rampa será:
el tiempo en alcanzar Vi:
Conversión Analógica-Digital
Convertidor Analógico-Digital con integrador de rampa sencillaEn 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.
tRCV
V refO ⋅=
ref
i
refi
VRCVT
TRCV
V
=
⋅=
1
1
ref
i
VRCfVfTN =⋅= 1
29
Conversión Analógica-Digital
Convertidor Analógico-Digital con integrador de doble rampa
T1 T2
-V
Vo1Vo2
Vo
t
fVV
VTVT
RCTV
RCTV
RCTV
VRC
TVVV
RCtV
VV
RCTVV
RCTVVTt
RCtVV
fT
ref
ni
ref
irefi
refrefO
refO
ii
iO
n
⋅⋅
=⋅
=⇒⋅
=⋅
⋅=⇒
⋅+−=→=
⋅+−=
⋅=⇒
⋅−=−=
⋅−==
2
00 Cuando
En
2
12
21
222
2
111
11
n
ref
i
VVfTN 22 ⋅=⋅=
30
Otros convertidores
Convertidor tensión-frecuencia
A
B
11
11
1 TRVIQ
CQV i ⋅⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=→=
31
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
11
11 R
VICTV i
Convertidor Tensión-Frecuencia
Durante el impulso del monostable:
Una vez cortada la fuente de corriente:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
⋅⋅
⋅⋅
=
=→=
=⎯⎯←⋅⋅
−=⋅−= ∫
11
1
11
2
11
21
2
111
111
:que lopor
0en
1
RVI
CT
CRTV
CRTVV
VTt
cteVtCR
VVdtRV
CVV
ii
i
A
iporii
A
A
B
32
Convertidor Tensión-Frecuencia
( )
21
111111
2
1111
12
1: salida de frecuencia la
TTf
f
TV
IRTV
VTIRTT
VTVIR
VRT
RVIT
s
s
ii
i
i
i
i
i
+=
−⋅⋅
=⋅−⋅⋅
=
⋅−⋅=
⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
ITRVf i
s ⋅⋅=
11
33
Convertidor Tensión-FrecuenciaUna de las técnicas más empleadas para la realización del generador de corriente es la llamada “espejo de corriente”
34
Phase Locked Loop (PLL)
35
Phase Locked Loop (PLL) Comparadores 1
36
Phase Locked Loop (PLL) Comparadores 2
37
Phase Locked Loop (PLL) Ejemplo. HCF4046 (1)
38
Phase Locked Loop (PLL) Ejemplo. HCF4046 (2)
39
Comparación entre convertidores A/D
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