Proceso conversión A/D

Transcripción

1 La conversión A/D es el proceso mediante el cual se toma una señal continua en voltaje y se convierte en una secuencia de palabras digitales de n-bits espaciadas entre ellas T segundos. Señal analógica a Palabras digitales

2 La conversión A/D típicamente se lleva a cabo en 3 etapas bien definidas. Muestreo y Retención (sample & hold) Cuantizador (Quantizer) Codificador (coder)

3 Un convertidor A/D típico: Sine Wave 0 Switch Zero-Order Hold Quantizer In1 Coder Out1 Out2 Out3 Out4 Constant Pulse Generator Sample & Hold

4 Características importantes a considerar en un convertidor A/D. Numero de Bits (resolución). 8, 16, 24, 32, 64 bits. Velocidad en muestras por segundo o sps. 100Ksps, 2Msps.

5 Características importantes a considerar en un convertidor A/D, (continua). Error lineal de conversión. El máximo numero de bits LSB que pueden ser erróneos. Niveles permitidos de voltajes de referencia. Vref+ y Vref-

6 PREGUNTAS?

7 Etapa de Muestreo Retención 1ra función: convertir la señal analógica a una señal discreta. El tiempo de muestreo para este cambio debe respetar Nyquist 2da función: retener o sujetar el nivel de la señal muestreada. Necesario para dar tiempo a las demás etapas de generar el resultado.

8 Existen diferentes tipos de retenedores. Se clasifican por orden. Orden 0: mantienen el nivel. Orden 1: Interpolan linealmente. Orden 2: Interpolan de forma parabólica. Dependiendo de la aplicación es el orden del retenedor. Control => Orden 0 Audio => Orden 0 o 1. Software especializados=> Orden 0 o 1 o 2

9 Gráficas de señal retenida Orden 0 y

10 Cuantizador Proceso conversión A/D Paso encargado de ajustar el valor retenido de la señal a una escala. La escala se define dentro de dos referencias en voltaje, típicamente Vref+ y Vref-. Dicha escala esta graduada o dividida en niveles Cuantización Q, el cual esta relacionado con el numero de bits.

11 Cuantizador 10 8 Vref+ 6 4 Q Vref-

12 Cuantizador Proceso conversión A/D La relación entre el nivel Q es Q= Vref+ - Vref- 2 N Donde N es el numero de bits.

13 Cuantizador Proceso conversión A/D Como se Realiza el ajuste

14 Cuantizador - Truncamiento Antes Cuantizado

15 Cuantizador - Redondeo Antes Cuantizado

16 Dependiendo de la técnica que se emplea en la cuantización se sabe lo siguiente: Truncamiento => 1 LBS de error máximo. Redondeo => ½ LSB de error máximo. El proceso de cuantización destruye la información pues ajusta la señal a un patrón pre-establecido.

17 Coder Proceso conversión A/D Etapa en la cual se le asigna a cada nivel de la cuantización una palabra digital en equivalencia. A partir de este punto el proceso de conversión esta concluido 2 N -1 Entrada N bits Salida

18 PREGUNTAS?

19 Técnicas de conversión Rampa y Doble Rampa Alta resolución > 32bits. Muy baja velocidad < 40sps. Aproximaciones sucesivas SAR Media resolución < 16bits Velocidad media < 250ksps.

20 Técnicas de conversión Flash Baja resolución < 12bits Alta velocidad < 2Msps Capacitares conmutados Media resolución < 16bits Muy alta velocidad >1Msps

21 PREGUNTAS?

22 Alias Proceso conversión A/D El Aliasing o submuestreo, es un efecto producido por no respetar el criterio de nyquist. Este efecto consiste en reconstruir señales de baja frecuencia desde una señal de alta frecuencia. Es indeseable en aplicaciones de control, pues el ruido fácilmente puede ser interpretado como información valida para el sistema.

23 T=0.1seg, seno con w=

24 T=0.1seg, seno con w=

25 T=0.1seg, seno con w=

26 Este efecto se puede evitar implementando filtro paso bajo en la entrada del convertidor A/D. La frecuencia de corte para este filtro debe ser como máximo igual a la frecuencia de muestreo.

27 PREGUNTAS?

28 Problemas con Matlab. Actividad Como graficar en Matlab. Señal sobre muestreada Señal en el limite del muestreo Señal submuestreada Alias Múltiples gráficos Ejercicios en clase y casa.

29 Practica #1 Actividad Construir un sistema de procesamiento con 1 entrada y 1 salida analógica. La salida analógica debe tener la misma o superior resolución que la entrada. Generar alias Determinar la velocidad de muestreo Implementar un filtro anti alias al sistema de procesamiento.

30 Referencias Control en tiempo Discreto. Ogata. Control digital de sistemas dinámicos. Franklin. Sistemas Discretos. Kuo.