TEMA 12. CONVERSORES D/A y A/D

Transcripción

1 TEMA 12. CONVESOES D/A y A/D IEEE 125 Aniversary:

2 TEMA 12. CONVESOES D/A y A/D - Introducción - Circuitos conversores de señal digital a analógica - Circuitos conversores de señal analógica a digital

3 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D INTODUCCIÓN Señales analógicas (continuas) y digitales (nº( finito de valores) Ventajas del procesado digital de señales: El procesado de datos digitales es más m s completo, más m s barato y mas rápido r más s eficiente que el analógico Mucha mayor facilidad de transmisión Los circuitos digitales son más m s fiables El almacenamiento es más m s compacto Las magnitudes físicas f con las que convivimos son analógicas o continuas (Tª,(, presión, velocidad, voltaje, etc) También n la percepción n de los sentidos del ser humano

4 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D INTODUCCIÓN Necesario convertir señales analógicas a digitales y viceversa

5 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D INTODUCCIÓN DIGITALIZACION: : La representación n digital de una cantidad analógica Muestreo de valores en tiempo Digitalización n de los valores: supone un redondeo en su valor, estando la precisión n determinada por el número n de bits considerado Se define la resolución como 1 2 n 1 siendo n el número n de bits

6 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D INTODUCCIÓN El principio de operación n de los circuitos conversores se basa en los mismos postulados de la representación n binaria de cantidades Toda representación n de números n no es más m s que una suma ponderada n 1 = i= 0 a i 2 i

7 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE DIGITAL A ANALÓGICO Vamos a convertir un número n de n bits en un valor tensión n analógico Conversor de resistencias ponderadas i-1 2 n-2 2 n-1 I A - + V 0 a n-1 a n-2 a n-i a 1 a 0 La tensión n en la salida será V 0 V0 = 0 I = = k n 1 2 La sensibilidad del circuito puede verse afectada por la dispersi sión n de los valores elevados de resistencia para los bits menos significativos

8 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE DIGITAL A ANALÓGICO Conversor de red en escalera 0 = 3 Nodo 0 Nodo n-1 2 A - V I + a 0 a n-3 a n-2 a n-1 La disposición n de las resistencias hace que desde cualquiera de los nodos se vea una resistencia equivalente hacia el amplificador de 2, y hacia atrás s también De este modo, la resistencia vista desde cada nodo es La salida será 0 n n 1 i n i n n i 2 2 i 2 2 i= 1 i= 0 V = V a = V a = V = k donde k puede ajustarse a través s de V y la ganancia del amplificador

9 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE DIGITAL A ANALÓGICO En el caso de señales codificadas (ej.( ej.,, BCD) el proceso es similar Al amplificador s s a 2,3 a 2,2 a 2,1 a 2,0 a 1,3 a 1,0 a 0,2 a 1,2 a 1,1 a 0,3 a 0,1 a 0,0 Centenas Decenas Unidades La rapidez de estos circuitos está marcada por el amplificador de salida Dado que la señal se recibe en paralelo, son capaces de trabajar a altas frecuencias (especialmente los de red en escalera, al emplear ear resistencias menores)

10 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE ANALÓGICO A DIGITAL A partir de una señal analógica, el objetivo es generar un conjunto de bits que la represente La resolución n está limitada por el número n de bits elegido Conversor por comparaciones sucesivas: se basa en el siguiente algoritmo (para 2 bits) 3/ /2 <3/ <1/2 01 1/4 <1/

11 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE ANALÓGICO A DIGITAL Conversor A/D por comparaciones sucesivas Start eloj Programador Lógico Comp. V in (analog.) V (referencia) egistro de desplazamiento de n bits egistro de almacenamiento de n bits Conversor D A a n-1 a n-2 a 1 a 0 El programador lógico l genera la secuencia 100 y la transfiere al registro Se convierte el número n a analógico y se compara con la tensión n de entrada El resultado hace que se conserve o no el primer número significativo en el programador y se pase a poner el siguiente bit a 1, volviendo a efectuarse una comparación Se prosigue la secuencia hasta completar los n bits

12 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE ANALÓGICO A DIGITAL V in V ref. 2 n -1 El conversor A/D por comparaciones sucesivas presenta un inconveniente: velocidad reducida 2 n -2 Comparadores Analógicos Circuito de codificación An-1 An-2 Puede mejorarse la velocidad efectuando las comparaciones de manera simultánea para obtener los n bits en paralelo, lo cual aumenta notablemente la complejidad del circuito 1 0 A 1 A 0

13 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE ANALÓGICO A DIGITAL Conversor A/D con contador en rampa El programador lógico l es sustituido por un contador debidamente controlado Start eloj Contador de n bits Stop Comp. eset V in (analog.) Conversor D A e g i s t r o a n-1 a n-2 a 1 a 0

14 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE ANALÓGICO A DIGITAL Conversor A/D con contador en rampa Se puede mejorar este diseño o con un contador up/down eloj Contador up/down de n bits a n-1 a n-2 V in (analog.) a 1 Compar. Conversor D A a 0 El contador puede ir hacia delante y atrás, mejorando la eficiencia de la comparación El bit menos significativo es inestable, por lo que se suelen diseñar con un bit más s de los deseados

15 TEMA 12. CONVESOES D/A Y A/D CONVESOES DE ANALÓGICO A DIGITAL Un único conversor A/D puede convertir varias señales con la ayuda de un multiplexor Es necesario también n un muestreador-mantenedor, mantenedor, que muestrea cada señal y mantiene su valor hasta que pueda ser aplicada a la entrada del conversor A/D La frecuencia de las señales analógicas no puede ser excesivamente grande Muestreo y retención Entradas analógicas v 1 Multiplexor Conversor A/D Sistema electrónico v n Selección de canal Control de muestreo-retención

16 Agradecimientos Daniel Pardo Collantes, Área de Electrónica, Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca. eferencias Pardo Collantes, Daniel; Bailón Vega, Luís A., Elementos de Electrónica.Universidad de Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial I/AAAAAAAABzY/6JcgGuof_aQ/s1600/muestreo.png