MÓDULO Nº10 CONVERTIDORES DIGITAL ANALÓGICO

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Veronica Reyes Ortiz
hace 7 años
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MÓDULO Nº0 CONVERTIDORES DIGITAL ANALÓGICO UNIDAD: CONVERTIDORES TEMAS: Introducción al tratamiento digital de señales. Definición y Funcionamiento. Parámetros Principales. DAC00 y circuitos básicos.

1 MÓDULO Nº0 CONVERTIDORES DIGITAL ANALÓGICO UNIDAD: CONVERTIDORES TEMAS: Introducción al tratamiento digital de señales. Definición y Funcionamiento. Parámetros Principales. DAC00 y circuitos básicos. OBJETIVOS: Explicar la importancia del tratamiento digital de señales. Explicar el funcionamiento básico de un conversor digital analógico Entender cada uno de los parámetros de un conversor digital analógico. DESARROLLO DE TEMAS. Introducción al tratamiento digital de señales: Gracias al avance de los sistemas microprocesados y microcontrolados, y al desarrollo de los convertidores analógico digitales y digital analógicos, se ha podido trasladar operaciones puramente analógicas al mundo digital. Dichas operaciones analógicas son por ejemplo: amplificadores, filtros, ecualizadores, comparadores, generadores, etc., mismos que ahora pueden ser implementados mediante técnicas digitales tales como la lógica combinatoria, secuencial y programable, utilizando elementos como: codificadores, decodificadores, contadores, registros, memorias, etc. A continuación se muestra un modelo genérico para el tratamiento de señales: En general, la importancia del uso de estos sistemas, que a simple vista podrían resultar complejos, puede ser comprendida si analizamos lo siguiente: Adaptabilidad: Si se requiere de un cambio en los parámetros del sistema, no se requiere cambiar componentes tales como resistencias y condensadores, tan solo hace falta cambiar la estructura lógica del circuito digital. Mejor relación señal / ruido: Debido a su naturaleza las señales analógicas son más susceptibles al ruido eléctrico, lo cual no sucede en los sistemas digitales en donde solo se tienen dos estados, y 0. Robustez: Los componentes en sistemas analógicos son más susceptibles a los cambios de temperatura, lo cual puede alterar las calibraciones de dichos sistemas. Por otra parte los sistemas digitales guardan sus parámetros en forma de datos binarios en registros y demás sistemas. Conectividad: Los sistemas digitales permiten la interacción con diversos tipos de sistemas de visualización y control. Lo cual permite llevar un control preciso sobre las variables análogas de un sistema, a la vez que se puede observar su estado a través del tiempo

2 En este módulo se analizará la operación del convertidor digital analógico, dejando para posterior el estudio de los conversores analógico digital.. Definición y Funcionamiento: Un convertidor digital analógico o más comúnmente conocido como DAC (Digital to Analog Converter), tal como su nombre lo indica es un dispositivo que transforma un dato binario proveniente de algún sistema digital, a un voltaje equivalente que podrá ser utilizado posteriormente por un sistema analógico. A continuación se muestra el esquema de un DAC sencillo de bits, utilizando una configuración llamada escala binaria de resistencias: +0V -0V Observe que se trata de un sencillo sumador de cuatro canales, cada uno de los cuales se encuentra conectado a una tensión fija de -0V, sin embargo la ganancia de cada canal es deferente, y mantiene una relación muy conocida en sistemas binarios, se trata de una relación de potencias de, de aquí el nombre de escala binaria de resistencias. Matemáticamente el voltaje de salida viene dado por la siguiente ecuación: S S S S Vout = 0 * = ( * S+ * S + * S * S) En donde S, S, S y S pueden tomar valores de o 0. En la página siguiente se muestra una gráfica que relaciona cada valor binario y su equivalente en voltaje luego del sumador. Observe que cada escalón equivale a un voltio, sin embargo esta relación no es constante y depende específicamente del DAC utilizado y de la forma en como este conectado.

3 . Parámetros Principales: A continuación se presenta una breve explicación de los parámetros más importantes que caracterizan a los DAC: Resolución: Probablemente este es el parámetro más importante de un DAC, ya que establece que tan semejante será la salida digital con respecto a su equivalente análogo. La resolución viene dado por el número de bits que maneja el DAC. Por ejemplo un DAC de bits es capaz de diferenciar niveles de voltaje, si utilizamos el ejemplo anterior cada nivel representa V, sin embargo si se utilizara un DAC de bits se tendría niveles, es decir, para el mismo ejemplo ahora cada nivel tendría un valor de 0.0V. A mayor número de bits más exacto será la representación digital, tal como se observa en el siguiente gráfico: Salida análoga ideal bits de resolución ( niveles) bits de resolución ( niveles)

4 Tiempo de Estabilización: Indica el tiempo que se demora la salida para cambiar de voltaje una vez que se ha ingresado un nuevo valor binario. Este parámetro puede variar entre 0ns hasta 0us. Mientras menor sea este tiempo, el DAC podrá producir señales análogas de mayor frecuencia (ej. DAC para señales de Video). Presición: Como podemos observar de las gráficas anteriores, a pesar de aumentar la resolución del DAC, siempre existirá una diferencia entre la señal real y la representación digital, teóricamente para reducir este error o diferencia, la resolución del DAC tendría que ser infinita, sin embargo en la práctica esto no es posible y se maneja precisiones de +/- /LSB y +/-LSB, en este último la salida podrá diferir de la señal real en más o menos el valor de un nivel de voltaje. Por ejemplo si se utilizara un DAC de bits alimentado a V cada nivel tendría un valor de V/ = 0.V, por lo tanto para cualquier valor binario, la salida dará un voltaje que puede ser mayor o menor al voltaje esperado en 0.V. Puerto de Comunicación: Esta característica indica el formato en como se debe ingresar los datos al DAC. Se puede tener formato paralelo y formato serie, en este último se puede distinguir entre protocolo RS, SPI, IC e IS. Voltaje de Alimentación (): Se trata de los valores máximo y mínimo de voltaje con el puede funcionar el DAC. Su rango se encuentra entre los +/-V hasta los +/-0V. Existen algunos DAC que pueden operar con fuentes simples.. DAC00 y Circuito Básicos: Entre los DAC más populares a nivel de aprendizaje, se encuentra el DAC00 o MC0. Este es un DAC de bits, con tiempo de estabilización de 0ns, precisión de +/- LSB, con formato paralelo de ingreso de datos y que puede operar con una tensión de +/-V. A continuación se muestra la distribución de pines de este chip: NC VEE Iout D D D D DAC00 COMP Vref- Vref+ D0 D D D En donde: y VEE: Terminales donde se aplica respectivamente +/-V. : Terminal de Tierra. D0 a D: Entradas digitales de datos. Iout: Terminal de salida, usualmente se lo conecta a un amplificador operacional para modificar su voltaje. NC: Terminal sin función, no se conecta. COMP: Se función es la reducir el ruido interno producido por los interruptores analógicos. Vref+ y Vref-: Estos terminales definen el máximo y mínimo voltaje de la escala de valores binarios. Usualmente Vref- se conecta a tierra mientras que Vref puede conectarse a un valor de voltaje ajustable. Por ejemplo si Vref- es 0V y Vref+ es V, al introducir la palabra el valor será 0V y al introducir el valor será aproximadamente V.

Para terminar se muestra un esquema típico de conexión del DAC00: Observe que se ha utilizado una configuración inversora con ganancia regulable en el amplificador de salida con el fin de

5 Para terminar se muestra un esquema típico de conexión del DAC00: Observe que se ha utilizado una configuración inversora con ganancia regulable en el amplificador de salida con el fin de ajustar el voltaje máximo de salida. Como ejemplo si se ajustara Rref a KΩ, Vref a V y se introdujera la palabra, el voltaje de salida sería aproximadamente 0V, si se aplica la ecuación mostrada.

6 EJERCICIOS Explique el funcionamiento del generador digital de onda diente de sierra. Arme el generador digital de onda diente de sierra. Diseñe y arme un generador de ondas programable utilizando una memoria RAM HM, siguiendo estas especificaciones: o Solo se utilizará la resolución máxima de bits ( valores). o El voltaje máximo de la onda debe ser V. o Se debe programar una onda de puntos que se repetirá constantemente.

7 GENERADOR DIGITAL DE ONDA DIENTE DE SIERRA R 00K R 0K C 0 U RST THR CVOLT TRIG LM DISC OUT * Para generar ondas más complejas se podria pregrabar la secuencia de datos correspondientes en una memoria UVEPROM o RAM. R 0K S C 0 U LD EN U/D CLK P0 P P P LS9 U LD EN U/D CLK P0 P P P LS9 TC RCO Q0 Q Q Q TC RCO Q0 Q Q Q U A A A A 9 A 0 A A A DAC00 VDD VREF- VREF+ IOUT- SLOPE +/- COMP NC VEE - R K C pf R Rref K R Vref 0K - Rf K R UA LM Vout

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