Convertidores Digital-Analógico y Analógico-Digital

Transcripción

1 Convertdores Dgtal-Analógco y Analógco-Dgtal

2 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Con estos crcutos se trata de consegur una relacón bunívoca entre una señal analógca y una dgtal o vceversa. Las magntudes físcas son analógcas y normalmente el procesado de señal se realza de forma dgtal, de ahí la necesdad de los convertdores ADC. ambén puede ser necesaro actuar sobre un sstema analógco una vez procesada una señal de forma dgtal por lo que se hace necesaro un convertdor DAC.

3 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los ADC Entrada Número de canales po de señal (tensón o corrente) Márgen de valores (máxmo y mínmo) Polardad (unpolar, bpolar) ensón de erenca (nterna o externa, exacttud ) 3

4 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los ADC Salda Número de bts (resolucón) Códgo de salda (bnaro, BCD ) Formato (sere, paralelo) elocdad de salda (bt rate) Nveles de tensón de salda Exstenca de latches... 4

5 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los ADC Relacón entrada-salda Exacttud (determnada por los errores) elocdad de conversón 5

6 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los ADC SALIDA DIGIAL Errores en los ADC CA/D Ideal para 3 bts ERROR DE CERO Real para 3 bts SALIDA DIGIAL CA/D Real para 3 bts G > Punto de Gananca Real Error de Gananca Ideal para 3 bts G Punto de Gananca Nomnal 000 0,0 > LSB (a) / 000 0,0 (b) / E cero LSB LSB E gananca GN LSB GR 6

7 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los ADC Errores en los ADC SALIDA DIGIAL 0 0 CA/D No-lnealdad ntegral 00 0 Pérdda de Códgo 00 No-lnealdad 00 dferencal LSB 000 0,0 e / +LSB +0,5LSB - 0,5LSB -LSB / 7

8 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los ADC Parámetros báscos a consderar en la eleccón de un ADC Número de canales po de canales (unpolares, bpolares) Margen de tensón de entrada Resolucón (en número de bts) Exacttud ensón de erenca necesara elocdad (frecuenca de conversón) Funcones adconales a la entrada (multplexado, muestreo, ganaca programable, entradas de bajo nvel ) Funcones adconales a la salda (latches) Condcones ambentales Formato de la señal de salda (bnaro, BCD ) Control de la conversón (nterrupcones, control de estado) 8

9 Conversón Dgtal-Analógca y Analógca-Dgtal Característcas de los DAC Son análogas a las de los ADC con la salvedad de que la entrada es dgtal y la salda analógca (tensón o corrente). Se habla, por ejemplo de error de cero a la salda y no lnealdad de salda. Para la velocdad y el tempo de conversón se consdera una determnada banda de error alrededor del valor fnal consderado. 9

10 Conversón Dgtal-Analógca Un DAC lneal, con códgo de entrada bnaro puro, obtene a partr de una palabra dgtal de n bts, D n- D n- D D 0, n nveles dscretos de tensón o corrente, según la relacón: O FE n n ( D + D + + D D ) n n + 0 donde FE es el valor de fondo de escala. El valor máxmo de O es: Omax FE n n 0

11 Conversón Dgtal-Analógca L O n n n n O R R D R D R D R D I DAC de resstencas ponderadas En la fgura la corrente en la masa vrtual es: y la tensón de salda: n n n n n L O D D D D D R R

12 Conversón Dgtal-Analógca DAC con red en escalera R O R

13 Conversón Dgtal-Analógca DAC con red en escalera (caso 000) n3 R 3R 3 3

14 Conversón Dgtal-Analógca DAC con red en escalera (caso 000) n 3 n3 n 6 4

15 Conversón Dgtal-Analógca DAC con red en escalera (caso 000) n n 6 n 3 n3 n 5

16 Conversón Dgtal-Analógca DAC con red en escalera (caso 000) n0 n n n3 3 n0 6 n n 4 6

17 Conversón Dgtal-Analógca DAC con red en escalera A partr de esto se puede deducr cualquer combnacón de bts de entrada aplcando el teorema de superposcón. Además sabemos que: por lo que podemos decr: O n3 R R O R Dn D D0 Dn n n 3 R 7

18 Conversón Analógca-Dgtal Un ADC converte una señal analógca a la entrada (tensón o corrente) en una palabra dgtal en un códgo determnado (paralelo o sere) según una relacón determnada. Exsten gran cantdad de tpos de ADC (muchos más que DAC), una posble clasfcacón podría ser: ADC drectos Sn realmentacón (paralelos o flash) Con realmentacón Bt a bt (aprox. sucesvas) No bt a bt (servo o trackng) ADC ndrectos Sn realmentacón Por ntervalo de tempo (rampa senclla, doble o trple) Por frecuenca (convertdor /F) Con realmentacón 8

19 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal paralelo (flash) 9

20 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal paralelo (flash) Aumento de la resolucón a costa de la velocdad de un ADC tpo flash 0

21 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal por aproxmacones sucesvas Este tpo de convertdores consguen un buen compromso entre velocdad de conversón y complejdad del crcuto.

22 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal tpo servo El contador bdrecconal cuenta desde cero hasta un valor que hace que el DAC de una salda gual a la entrada analógca, una vez llegado a este punto cualquer varacón en la entrada se traduce en un ncremento o decremento del contador para segur a la entrada.

23 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal tpo sgma-delta 3

24 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal tpo sgma-delta (A) mod_delta.dat (Entrada) (Condensador) Lmtacon (Slew rate) SEL>> 0 0s 00us 00us 300us 400us 500us 600us (Sal_latch) me Date: October 8, 00 4

25 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal tpo sgma-delta 5

26 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal tpo sgma-delta 6

27 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal tpo sgma-delta (A) delta_sgma.dat 0 doble frec muestreo 0 SEL>> (Entrada) (Condensador) s 00us 00us 300us 400us 500us 600us (Sal_latch) me Date: October 3, 00 7

28 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal con ntegrador de rampa senclla En el momento ncal el ntegrador y el contador se ponen a 0. El ntegrador genera una rampa que mentras no alcance el valor de permte el paso de pulsos al contador. Una vez que llegue a se bloquea el reloj y se obtene una salda dgtal en el contador proporconal al tempo que tarda en llegar a ese valor. La rampa será: O t RC el tempo en alcanzar : RC RC RCf N f 8

29 9 Conversón Analógca-Dgtal Convertdor Analógco-Dgtal con ntegrador de doble rampa - o o o t f RC RC RC RC RC t RC RC t RC t f n O O O n Cuando En n f N

30 Convertdor tensón-frecuenca Otros convertdores A Q Q I C R B 30

31 3 R I C Convertdor ensón-frecuenca Durante el mpulso del monostable: Una vez cortada la fuente de corrente: por lo que : 0 en R I C C R C R t cte t C R dt R C A por A A B

32 3 Convertdor ensón-frecuenca ( ) : la frecuenca de salda f f I R I R I R R R I s s + I R f s

33 Convertdor ensón-frecuenca Una de las técncas más empleadas para la realzacón del generador de corrente es la llamada espejo de corrente 33

34 Phase Locked Loop (PLL) 34

35 Phase Locked Loop (PLL) Comparadores 35

36 Phase Locked Loop (PLL) Comparadores 36

37 Phase Locked Loop (PLL) Ejemplo. HCF4046 () 37

38 Phase Locked Loop (PLL) Ejemplo. HCF4046 () 38

39 Comparacón entre convertdores A/D IES-Parannfo 39