PRACTICA 9: Convertidores ADC (1)

Transcripción

1 PRACTICA 9: Convertidores ADC (1) 1 Introducción 1.1 Convertidor de Rampa Digital 1.2 Convertidor de Seguimiento 1.3 Simulaciones Simulink 1 Introducción El objetivo de esta práctica consiste en familiarizarse con los convertidores analógico-digitales de cuenta (Counting s ADC). Veremos dos tipos: Convertidor de Rampa Digital Convertidor de Seguimiento El trabajo consistirá en simular un convertidor de seguimiento y montar y simular un convertidor de rampa digital. En ambos casos utilizaremos una librería Simulink de elementos de 8 bits. 1.1 Convertidor de Rampa Digital 1. Convertidor ADC de Rampa Digital En la figura 1 se muestra un convertidor de rampa digital compuesto por 4 elementos: comparador, contador reseteable, convertidor digital-analógico (DAC) y registro de salida. La operación de este ADC sigue esta secuencia: 1. El contador añade una cuenta con cada pulso de reloj

2 2. El DAC entrega un voltaje un paso mayor a cada pulso de reloj 3. Se compara la salida del DAC con la tensión de entrada a convertir 4. La salida del comparador se propaga al contador y al registro de salida 5. Cuando la salida del DAC excede la tensión de entrada 1. La salida del comparador cae a nivel bajo 2. El registro de salida recibe un pulso de reloj y captura los valores del contador 3. El contador recibe una entrada LOAD y resetea a 0 La dinámica temporal de la conversión se muestra en la figura 2: 2. Dinámica temporal de un convertidor digital de rampa Se observan dos problemas: 3. Tiempos de conversión en un convertidor digital de rampa. 1. El tiempo de muestreo depende del nivel de tensión de entrada (Figura 3) 2. El muestreo es lento porque hay que comenzar una cuenta desde 0 en cada conversión

3 1.2 Convertidor de Seguimiento 4. Convertidor ADC de seguimiento El convertidor ADC de seguimiento supone una mejora sobre el convertidor de doble rampa y es el apropiado para seguir señales cuya dinámica es suave e inferior al tiempo de conversión. Para señales abruptas, mostrará errores. En la figura 4 se muestran los elementos de un convertidor ADC de seguimiento: un comparador, un contador bidireccional, un DAC y una salida digital que puede presentarse en un registro de salida. La operación del convertidor ADC de seguimiento sigue la secuencia: 1. Compara la señal analógica de entrada con la salida de un DAC conectado a un contador bidireccional. 2. El comparador determina si la salida del DAC es mayor o menor que la entrada analógica. a. Si la salida del DAC es menor, la salida del comparador obliga al contador a contar hacia arriba. b. Si la salida del DAC es mayor, la salida del comparador obliga al contador a contar hacia abajo. c. La salida digital sigue a la entrada analógica cambiando 1 bit cada vez. d. La tasa a la que el contador cambia viene determinada por un reloj externo. La dinámica temporal se muestra en la figura 5.

4 . 5. Respuesta temporal de un ADC de seguimiento En la figura 5, arriba, se observa que la salida digital tarda un tiempo en alcanzar el valor de la señal analógica de entrada; a partir de ese punto se realiza un seguimiento de la señal analógica, con un error típico de 1 bit o bit bobble (sacudida de bit). 1.3 Simulaciones Simulink En la figura 6 se muestra el diagrama Simulink de un convertidor ADC. Se distinguen 2 bloques principales, un conjunto de señales de entrada y un gráfico de salida. 6. Diagrama Simulink Convertidor ADC AD_LATCH_CLOCK: Reloj del registro de salida, de 8 bits. OUTPUT_ENABLE: Habilitación de salida del convertidor AD_IN: Señal a convertir

5 AD_REF: Valor de referencia del convertidor (valor máximo de conversión) AD_SOC: Señal de habilitación del reloj del convertidor AD_CLOCK: Señal de reloj para el contador bidireccional (Up/Down). En la simulación tiene un periodo de 1/255 para que corresponda a un convertidor de 8 bits. Se trata de un convertidor ADC de seguimiento de 8 bits seguido de un bloque DAC para poder visualizar la salida como señal analógica convertida. La tensión de referencia del ADC es 1, la máxima tensión de entrada es 0.5. La fuente senoidal debe tener un bias de 0.25 y una amplitud de pico a pico de 0.5 (0.25 amplitude en Simulink). Debe usar una fuente senoidal Time based, con simulation time de frecuencia Con los valores anteriores, y para una duración de simulación de 200, el resultado debe ser: 7. Salida de la simulación Simulink de convertidor ADC de seguimiento

6 Nombre: DNI Año en curso Q1 Simulación ADC de Seguimiento Poner en marcha la simulación del convertidor ADC de seguimiento. Mostrar su comportamiento para diferentes frecuencias de la señal senoidal. Q2 Entradas en escalón ADC de Seguimiento Estimular al ADC de seguimiento con señales de cambio abrupto. Explica el resultado. Q4 Convertidor ADC de rampa digital Tomando elementos internos del convertidor ADC de seguimiento y conforme a lo explicado, construye un convertidor ADC de rampa digital en Simulink. Nota: emplear un modelo de biestable J-K con reset. Q4 Salida ADC rampa digital Para una señal suavemente variable, muestra la salida de tu convertidor ADC de rampa digital. Comenta los resultados conforme a lo visto en la teoría.