SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS. Convertidores D/A Convertidores A/D

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1 SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS Convertidores D/A Convertidores A/D Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Puntos discretos sobre una señal analógica V t Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez

2 epresentación Digital de las muestras de la señal analógica V t Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Sistema de Adquisición de datos Postprocesamiento Salida Analógica Preprocesamiento Entrada Analógica Conversor A/D Procesador Digital Conversor D/A Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez

3 Clasificación de los convertidores D/A Entrada Serie Entrada Paralelo Conversión simultánea o directa ed de esistencias Ponderadas ed de esistencias - Conversión Secuencial o Indirecta Por generación de Impulsos Por frecuencia variable Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 5 Diagrama de bloques de un Convertidor D/A serie Información Digital Convertidor D/A serie Variable Analógica Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 6 Fernando emiro Domínguez

4 Diagrama de un convertidor D/A paralelo B0 Señal Digital B B B B Convertidor D/A Paralelo Variable Analógica Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 7 Conversor D/A de conversión simultánea Procesador Digital Sumador esistivo Entrada de datos en binario * esistencias poneradas Convertidores D/A Entrada de datos en BCD * esistencias en escalera - Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 8 Fernando emiro Domínguez

5 Convertidor D/A por generación de impulsos V 0V Multiplexor analógico V Filtro Integrador V Información Digital X n bits Comparador Binario n bits Contador Generador de Impulsos Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 9 Señales de un Convertidor D/A por generador de impulsos variables T = n T CLK T CLK CLK Salida del comparador T x Salida del multiplexor analógico V ref Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 0 Fernando emiro Domínguez 5

6 Convertidor D/A de frecuencia variable V 0 Multiplexor Analógico Información Digital Filtro Integrador Salida Analógica Divisor de frecuencia Programable Generador de Impulsos Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Señales del Convertidor D/A de frecuencia variable Generador de impulsos T CLK t t Salida del multiplexor analógico V ref t Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez 6

7 Circuito sumador con A.O. a n a n a n a r 8 n - + V s n- n- 0 V = an + an a + a r r r r V S = - an + an- + an a n 8 r n- n- V S = - ( a + an a ) n n Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Convertidor BCD D/A con resistencias ponderadas V CC = 5 V D C B A D C B A D0 C0 B0 A0 7 M 8 00K 9 6 M 7 00K 8 5 M M 6 00K 00K M M M 0 M 9 M 5 00K 00K 00K 00K 0 00K 6 V CC = 5 V + V S Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez 7

8 Convertidor D/A con entrada en BCD V CC D C B A D C B A D0 C0 B0 A ,6 I CENTENA I DECENA I 05,6 UNIDAD V CC - + V s Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 5 ed resistiva - I / I / I I I A A B A B V ref E = V ref / Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 6 Fernando emiro Domínguez 8

9 Convertidor D/A con red en escalera - V ref D C B A D D D D0 + V CC + V s Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 7 Diagrama de conexión del Convertidor D/A DAC0800 (Control de umbral) V LC I out V I out MSB B B B B Compensación V ref ( ) V ref (+) V+ B8 LSB B7 B6 B5 Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 8 Fernando emiro Domínguez 9

10 Diagrama de bloques del convertidor D/A DAC0800 MSB LSB V + V LC B 8 B 7 B 6 B 5 B B B B ed de polarización I out V ref(+) V ref( ) 5 + Interruptores de comienzo corriente Amplificador de referencia I out 6 DAC 0800 COMP Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 9 V Circuito para el cálculo de la corriente de referencia del DAC0800 DAC0800 V = V ref(+) I ref V = V ref( ) I = 0 Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 0 Fernando emiro Domínguez 0

11 DAC 0800 Modo de funcionamiento unipolar negativo básico Entradas digitales MSB LSB B B B B B 5 B 6 B 7 B 8 E O I O 5K I ref = ma DAC0800 I O 5K E O B B B B B 5 B 6 B 7 B 8 I O ma I O ma E O E O Fondo de escala (FS),99 0,000 9,960 0,000 Fondo de escala LSB 0,98 0,008 9,90 0,00 Media escala +LSB ,008 0,98 5,00,90 Media escala ,000 0,99 5,000,960 Media escala LSB 0 0,99,000,960 5,000 Escala cero +LSB ,008,98 0,00 9,90 Escala cero ,000,99 0,000 9,960 Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de DAC 0800 Modo de funcionamiento con salida bipolar básica Entradas digitales MSB LSB B B B B B 5 B 6 B 7 B 8 I O E O +0,000V I ref = ma DAC0800 I O E O B B B B B 5 B 6 B 7 B 8 E O E O Escala total positiva 9,90 +0,000 Escala total positiva LSB 0 9,80 +9,90 Escala cero +LSB ,080 +0,60 Escala cero ,000 +0,080 Escala cero LSB 0 +0,080 0,000 Escala total negativa +LSB ,90 9,80 Escala total negativa ,000 9,90 Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez

12 DAC 0800 Modo de funcionamiento binario simétrico básico Entradas digitales MSB LSB B B B B B 5 B 6 B 7 B 8 5K C V ref = 0 V 5K 5K DAC0800 I O I O 5K C LM7C + Donde X es el código de entrada y C = C = ref ( 56 X E O = V ref Si C = C dentro del ± 0,05%, la salida es simétrica respecto a masa B B B B B 5 B 6 B 7 B 8 E O Escala total positiva +9,960 Escala total positiva LSB 0 +9,880 Escala cero (+) ,00 Escala cero ( ) 0 0,00 Escala total negativa +LSB ,880 Escala total negativa ,960 Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Parámetros de los convertidores D/A esolución Tiempo de establecimiento Estabilidad térmica Conversión Unipolar/bipolar Códigos digitales de entrada Salida Analógica Sensibilidad ante variaciones de la fuente de alimentación Margen dinámico de la señal de salida Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez

13 Parámetros de los convertidores D/A esolución Es el mínimo incremento de la variable analógica de salida. Se obtiene dividiendo la máxima variación de la salida por el número total de combinaciones de entrada posible, por lo tanto la resolución coincide con el valor de la señal de salida correspondiente al bit menos significativo. esolución= V Salida ( max) esolución= 00 n n Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 5 Parámetros de los convertidores D/A Tiempo de establecimiento(setting Time) Es el tiempo que transcurre desde que se presenta a la entrada del convertidor una combinación binaria hasta que la señal analógica de salida adquiere el valor que le corresponde. Entre los ±/ LSB. V s Fondo de escala Error máximo t t 0 T. Subida Tiempo de conversión Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 6 Fernando emiro Domínguez

14 Parámetros de los convertidores D/A Precisión Absoluta Es el porcentaje de error que presenta el convertidor, a fondo de escala (FS), en su magnitud de salida analógica, es decir, el porcentaje de error entre el la salida analógica real y la salida esperada. Si por ejemplo la salida a fondo de escala de un convertidor D/A es de 0V y su precisión es de ±0,%, entonces, el error máximo para cualquier tensión de salida es: Error máx = 0V. 0,00 = 0 mv Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 7 Parámetros de los convertidores D/A Estabilidad térmica: Es la inmunidad del convertidor D/A a cambios de temperatura y se mide por el coeficiente de temperatura, que se expresa por el número de microvoltios (µv) que cambia la salida por grado centígrado de incremento de la temperatura Conversión unipolar/bipolar: indica la posibilidad de que se acepten códigos de entrada unipolares y/o bipolares. Códigos digitales de entrada: Indica los códigos digitales de entrada que acepta el conversor D/A. Generalmente los códigos más utilizados son el binario natural (SB), BCD (CD), complemento a dos (TC), y binario desplazado (OB), así como sus complementarios. Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 8 Fernando emiro Domínguez

15 Salida analógica: Parámetros de los convertidores D/A La salida puede ser por corriente o por tensión. La salida de tensión requiere un tiempo de conversión mayor ya que se obtiene a partir de un circuito conversor corriente-tensión realizado con un Amplificador Operacional y esto introduce retardos. Sensibilidad ante variaciones de la fuente de alimentación: Al variar la tensión de alimentación, la salida analógica del convertidor D/A también cambia. Esta variación se expresa con el porcentaje de cambio de la salida para un cambio de % del valor nominal de la fuente de alimentación. Como norma se considera que un cambio del % en la fuente de alimentación, no debe variar la salida del convertidor D/A. Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 9 Parámetros de los convertidores D/A Margen dinámico de la señal de salida: Es el margen de corrientes o tensiones que se pueden obtener en las salidas. En los convertidores con salida de tensión el margen dinámico puede ser modificado por el usuario mediante modificaciones de la red externa Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 0 Fernando emiro Domínguez 5

16 Errores en los convertidores D/A Error de offset Error de ganancia o escala gain error Error de Linealidad Error de monotonicidad monotonicity error Error de transición Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Errores en los convertidores D/A Circuito para la comprobación de un CDA 0 Generador de onda cuadrada Contador binario de módulo n Convertidor D/A n Osciloscopio Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez 6

17 Errores en los convertidores D/A Curva de transferencia Ideal Salida analógica Tolerancia de la tensión de salida para el valor 8(000) Tensión de salida teórica Peldaño de bit Entrada digital Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Errores en los convertidores D/A Error de offset Señal real Señal ideal Entrada binaria Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de Fernando emiro Domínguez 7

18 Errores en los convertidores D/A Error de ganancia o escala Salida analógica Alta ganancia Señal real Baja ganancia Señal ideal Señal real Entrada binaria Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 5 Errores en los convertidores D/A Error de linealidad Salida analógica Señal ideal Señal real no lineal pero monótona Entrada binaria Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 6 Fernando emiro Domínguez 8

19 Errores en los convertidores D/A Error de monotonicidad Salida analógica Señal ideal Señal real no monótona Entrada binaria Capitulo 0: Circuitos de Adquisición de 7 Fernando emiro Domínguez 9