Conversores ADC y DAC. Introducción n a los Sistemas Lógicos y Digitales 2008

Transcripción

1 Conversores ADC y DAC Introducción n a los Sistemas Lógicos y Digitales 2008

2 Conversores Digital-analógicos (DAC) Clasificación de DAC: Formato Serie. Paralelo. Tecnología Resistencias pesadas (obsoleto). Redes R-2R con fuente de tensión. Redes R-2R con fuente de corriente. Redes C-2C.

3 Amplificador operacional (A.O.) Entrada no-inversora ε + +V Salida Entrada inversora - -V Amplificador Operacional ideal: Impedancia de entrada infinita: No circula corriente entre los bornes (+) y (-) por lo que la tensión ε es nula. Impedancia de salida nula: La salida es siempre constante. Ganancia a lazo abierto infinita: Con una tensión infinitesimal ε entre los bornes de entrada, la salida satura a la tensión de alimentación del operacional (+V) ó ( V) dependiendo de la polaridad de ε.

4 Amplificador operacional R1 R2 R1 R2 Se consigue en la salida Vo, ganancia ó atenuación respecto de la entrada siempre con inversión de polaridad. Se consigue en la salida Vo, ganancia respecto de la entrada siempre con idéntica polaridad. Si R1 es infinita y R2 nula no se tiene ganancia alguna (funciona como buffer no inversor.

5 Amplificador operacional R C C R Este esquema es un integrador: Si se aplica una tensión contínua en la entrada, la salida responderá temporalmente con una rampa de tensión.

6 DAC Conversor DAC tipo R-2R 2R 2R 2R

7 DAC Conversor DAC tipo R-2R Este esquema tiene la ventaja de que emplea generador de corriente idénticos (suele hacerse con espejos de corriente).

8 DAC Limitaciones temporales y errores

9 DAC Errores

10 DAC Limitaciones temporales

11 DAC Ejemplo de DAC tipo multiplicativo paralelo: DAC0800 Permite el control de la corriente de referencia por tensión externa

12 DAC Ejemplo de DAC tipo multiplicativo paralelo: DAC0800 Ejemplo de DAC tipo multiplicativo: DAC0800

13 DAC Ejemplo de DAC tipo multiplicativo paralelo: DAC0800 Conversión corriente-tensión

14 Conversores Digital-analógicos (DAC) Ejemplo DAC cuádruple serie Data sheet DAC084S085 NSC

15 Conversores Digital-analógicos (DAC) Ejemplo DAC cuádruple serie Data sheet DAC084S085 NSC

16 Conversores Digital-analógicos (DAC) Ejemplo DAC cuádruple serie V O Data sheet DAC084S085 NSC

17 Conversores Analógico-Digitales Clasificación de ADC: Tecnología Rampa (simple, doble, triple y cuádruple rampa) MUY LENTOS. Aproximaciones sucesivas (SAR) RÄPIDOS. Flash MUY RÄPIDOS. Pipe-line (basada en ADCs Flash) MUY RÄPIDOS. Delta. Modulación por tiempo de pulso (PTM: PWM y PPM). Sigma-delta. Formato Serie. Paralelo.

18 ADC tipo rampa ADC simple rampa

19 ADC tipo rampa ADC simple rampa

20 ADC tipo rampa ADC simple rampa Para lograr tener N proporcional a Va basta con invertir los roles de Va y Vreferencia

21 ADC tipo rampa ADC doble rampa

22 ADC tipo rampa ADC doble rampa

23 ADC tipo rampa ADC doble rampa

24 ADC tipo rampa Ejemplo de ADC cuádruple rampa ICL7109

25 Modulación Delta Está basado en el empleo de un muestreador + integrador + comparador analógico Expresión del integrador Leon Couch II:Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos

26 Modulación Delta Leon Couch II:Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos Sergio Noriega Introducción a a los Sistemas Lógicos y Digitales

27 ADC tipo Sigma-delta Diagrama en bloques de un modulador Sigma-Delta elemental de primer órden Ejemplo de funcionamiento del conversor, suponiendo una entrada analógica de 0,6 V En general los conversores Sigma-dellta tienen resoluciones de 16 a 24 bits y se basan en el sobremuestreo y filtrado digital. Su aplicación principal es en el procesado de señales de audio. an10 de Crystal Semiconductor

28 ADC tipo Sigma-delta En el proceso de sobre muestreo se logra distribuir la energía del ruido a fin de quedarse sólo con la ayuda de un posterior filtrado, la parte que entra dentro del espectro de la señal a adquirir. an10 de Crystal Semiconductor

29 ADC tipo Sigma-delta Eliminado por el filtrado an10 de Crystal Semiconductor

30 ADC tipo Aproximaciones Sucesivas Comparador analógico DAC SAR

31 ADC tipo Aproximaciones Sucesivas

32 ADC tipo Aproximaciones Sucesivas

33 ADC tipo Aproximaciones Sucesivas

34 Ejemplo ADC tipo SAR

35 Ejemplo ADC tipo SAR

36 Ejemplo ADC tipo SAR

37 ADC tipo Flash Ejemplo n=3 Es el conversor comercial mas rápido. Se necesitan 2 n - 1 comparadores analógicos para implementar un conversor de n bits. Tabla de síntesis del decodificador

38 ADC tipo Flash Gráfico de discretización en 3 bits de la señal analógica Gráfico de función de transferencia y evolución del error de cuantización

39 ADC tipo Flash multietapa

40 Ejemplo ADC Flash multietapa

41 ADC tipo Pipeline Basado en bloques que contienen ADC Flash y DAC se logra por sucesivas adquisiciones sintetizar una conversión a alta velocidad. En cada cilco de reloj se tiene el resultado de una muestra pero existe una latencia (delay) que hay que considerar. DAC de 3 bits pero con precisión de 12 bits an1023 de Maxim

42 ADC tipo Pipeline Proceso temporal de una muestra Latencia: En cada ciclo de reloj se convierte una muestra pero aparece en el bus retrasada en este caso 4 ciclos. an1023 de Maxim

43 Ejemplo de ADC tipo Pipeline Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC

44 Ejemplo de ADC tipo Pipeline Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC

45 Ejemplo de ADC tipo Pipeline Latencia de 7 ciclos de reloj Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC

46 Ejemplo de ADC tipo Pipeline Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC

47 Sample and Hold y Track and Hold Diferencias entre S&H y T&H Ejemplo de S&H

48 Sample and Hold y Track and Hold Tiempos relevantes en el proceso de muestreo y retención

49 Limitaciones en la velocidad de muestreo Para el cálculo de la velocidad máxima de muestreo se deberá tener en cuenta los tiempos de adquisición y establecimiento del T&H ó S&H, tiempo de conversión del ADC y tiempo de lectura del sistema. Esto independientemente de cumplir con el teorema de muestreo (Nyquist).

50 Extracto Nota de aplicación de National Semiconductor "ABCs of ADCs: Analog-to-Digital Converter Basics"

51 ABCs of ADCs

52 ABCs of ADCs

53 ABCs of ADCs

54 ABCs of ADCs

55 ABCs of ADCs

56 ABCs of ADCs

57 ABCs of ADCs

58 ABCs of ADCs

59 ABCs of ADCs

60 ABCs of ADCs

61 ABCs of ADCs

62 ABCs of ADCs

63 ABCs of ADCs

64 ABCs of ADCs

65 ABCs of ADCs

66 ABCs of ADCs

67 Bibliografía: Apuntes de teoría:. Hugo Mazzeo. Libros: Sistemas Digitales. R. Tocci, N. Widmer, G. Moss. Ed. Prentice Hall. Diseño Digital. M. Morris Mano. Ed. Prentice Hall. 3ra edición. Diseño de Sistemas Digitales. John Vyemura. Ed. Thomson. Diseño Lógico. Antonio Ruiz, Alberto Espinosa. Ed. McGraw-Hill. Digital Design:Principles & Practices. John Wakerly. Ed. Prentice Hall. Diseño Digital. Alan Marcovitz. Ed. McGraw-Hill. Electrónica Digital. James Bignell, R. Donovan. Ed. CECSA. Técnicas Digitales con Circuitos Integrados. M. Ginzburg. Fundamentos de Diseño Lógico y Computadoras. M. Mano, C. Kime. Ed. Prentice Hall. Manuales de Conversores de Motorola, Texas Instruments, Analog Devices, Maxim, National Semiconductors, etc.. ( )