Tema 9. Convertidores de datos

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José Luis Alarcón Peralta
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1 Tema 9. Convertidores de datos Roberto Sarmiento 1º Ingeniero Técnico de Telecomunicación, Sistemas Electrónicos UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales 9. Convertidores D/A y A/D 9.1. Interfaz entre lo analógico y lo digital [ Floyd 13.1 pág. 826] Señales analógicas y digitales 9.2. Conversión digital-analógica (D/A) [ Floyd 13.2 pág. 830] Convertidor D/A con ponderación binaria Convertidor D/A en escalera Características de los convertidores D/A El convertidor en escalera DAC Conversión analógica-digital (A/D) [ Floyd 13.3 pág. 838] Convertidor A/D paralelo (flash) Convertidor A/D de rampa en escalera Convertidor A/D de pendiente (simple y doble) Convertidor A/D por aproximaciones sucesivas 2 «Roberto Sarmiento» 1

9. Convertidores D/A y A/D 9.1. Interfaz entre lo analógico y lo digital [ Floyd 13.1 pág. 826] 9.1.1. Señales analógicas y digitales 9.2. Conversión digital-analógica (D/A) [ Floyd 13.2 pág. 830] 9.

2 9.1. Interfaz entre lo analógico y lo digital La mayoría de los sistemas industriales requieren el intercambio de información entre el mundo digital y el mundo analógico Concepto de muestreo Frecuencia de muestreo f muestreo Teorema de Nyquist f 2 muestreo f señal Al proceso de muestreo sigue el de mantenimiento de la señal Denominaremos a los convertidores de datos según sus siglas anglosajonas ADC: Analog-to-Digital Converter DAC: Digital-to-Analog Converter Interfaz entre lo analógico y lo digital Para hacer la conversión analógico digital necesitaremos un sistema de muestreo y mantenimiento (sample&hold) 4 «Roberto Sarmiento» 2

señal Denominaremos a los convertidores de datos según sus siglas anglosajonas ADC: Analog-to-Digital Converter DAC: Digital-to-Analog Converter 3 9.1.

3 9.1. Interfaz entre lo analógico y lo digital Proceso de cuantificación Representar el valor obtenido en el muestreo en un código determinado A mayor número de bits del código más fielmente podemos reproducir la señal Todo proceso de cuantificación lleva añadido un error Interfaz entre lo analógico y lo digital La base de los ADC es el amplificador operacional V+ está conectada a tierra (V+=0). (V+) - (V-)=0, la terminal inversora (negativa) está al mismo potencial que la no-inversora y se denomina: tierra virtual. La corriente I1 se encuentra usando la ley de Ohm. La corriente I1 fluye solamente hacia R2. Esto es I1=I2. La resistencia presentada a Vi es R1. Entonces: (V-) = (V+) Vo = -(R2/R1) Vi I1= Vi R1 I2 = Vo I1=I2 Vo= R2 R1 Vi R2 6 «Roberto Sarmiento» 3

Interfaz entre lo analógico y lo digital La base de los ADC es el amplificador operacional V+ está conectada a tierra (V+=0).

4 9.2. Conversión digital-analógica (D/A) Los DACs son bastante más sencillos que los ADCs y por eso empezaremos por ellos En general utilizan amplificadores operacionales en configuración de sumador inversor (V+) esta conectado a tierra, o (V+)=0. Las corrientes I1, I2 e I3 se calculan usando la ley de Ohm. I1= V1 R1 I2 = V2 I3 = I1+I2 Vo= R3 R2 R2 V2+R3 R1 V1 I3 = Vo R Convertidor D/A con ponderación binaria Red resistiva en la que los valores de las resistencias representan los pesos binarios de los bits de entrada del código digital LSB MSB 8 «Roberto Sarmiento» 4

5 Convertidor D/A en escalera El DAC con ponderación binaria tiene la dificultad de necesitar resistencias diversas y muy precisas. Una solución más sencilla y económica es la del DAC en escalera Características de los convertidores D/A Resolución = recíproco del número de escalones discretos de salida Resolución = 1/(2 n -1), donde n es el número de bits Precisión =comparación entre la salida real de un DAC y la salida ideal esperada Error máximo = fondo de escala (V) * precisión (%) La precisión debe ser como mucho ½ del bit menos significativo Linealidad = desviación de la salida ideal del DAC Monotonicidad = Un DAC es monotónico si no produce escalones invertidos cuando se le aplica secuencialmente su rango completo de bits de entrada Tiempo de asentamiento = tiempo que tarda un DAC en quedar dentro de ± ½ LSB del valor final, cuando se produce un cambio en el código de entrada 10 «Roberto Sarmiento» 5

Características de los convertidores D/A Resolución = recíproco del número de escalones discretos de salida Resolución = 1/(2 n -1), donde n es el número de bits Precisión =comparación entre la

6 Características de los convertidores D/A Monotonicidad Linealidad Ganancia Offset El DAC0808 DAC0808 DAC en escalera R/2R V cc = +4,5V a +5,5V V EE = -4,5V a -16,5V Tiempo asentamiento = 150 ns Precisión = 0,19% 12 «Roberto Sarmiento» 6

7 Convertidor A/D paralelo (flash) Consiste en una serie de comparadores que comparan la tensión de entrada con diversas tensiones de referencia Las diferentes tensiones de referencia se consiguen con divisores de tensión Para la conversión de un código de n bits se requieren 2 n -1 comparadores Convertidor A/D de rampa en escalera Se emplea un DAC y un contador para generar una señal analógica de referencia El tiempo de conversión es variable 14 «Roberto Sarmiento» 7

tensiones de referencia Las diferentes tensiones de referencia se consiguen con divisores de tensión Para la conversión

8 Convertidor A/D de pendiente (simple y doble) Convertidor analógico digital de doble pendiente Se utiliza normalmente en voltímetros digitales y otros instrumentos de medida Convertidor A/D por aproximaciones sucesivas Con el método de aproximaciones sucesivas se puede acelerar la conversión Se empieza con el bit más significativo a 1 y mediante comparaciones con la salida del DAC se establece si la señal de entrada es mayor o menor Se continúa así hasta llegar al LSB 5.00 V V unknown = 7.75 V «Roberto Sarmiento» 8

Convertidor A/D por aproximaciones sucesivas Con el método de aproximaciones sucesivas se puede acelerar la conversión Se empieza con el

9 Convertidor A/D por aproximaciones sucesivas Convertidor A/D por aproximaciones sucesivas ADC0804 ADC por aproximaciones sucesivas Resolución de 8 bits V cc = +5V (chip select) (habilitación de salida) (reset del registro SAR) Entrada analógica Salida de datos digital 18 «Roberto Sarmiento» 9

aproximaciones sucesivas ADC0804 ADC por aproximaciones sucesivas Resolución

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