Circuitos Sample & Hold y Conversores. Introducción

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María Cristina Vázquez Alarcón
hace 7 años
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1 Circuitos Sample & Hold y Conversores Introducción Los circuitos de muestreo y retención se utilizan para muestrear una señal analógica en un instante dado y mantener el valor de la muestra durante tanto tiempo como sea necesario. Los instantes de muestreo y tiempo de retención depende de la aplicación a la que se destine el circuito. 2 1

2 Muestreo y Retención La mayoría de los circuitos de muestreo y retención utilizan un condensador para mantener la tensión de muestra Vo INTERRUPTOR CONTROLADO POR Vc Va Rg S + t Va C Vo - Vc INTERRUPTOR CERRADO MUESTRA RETENCIÓN RETENCIÓN t INTERRUPTOR ABIERTO Teorema del Muestreo S(t) Ss(t) S(t) : señal a muestrear d : señal muestreadora Ss(t) : señal muestreada 4 2

3 Circuito práctico Los circuitos prácticos de muestreo y retención usan operacionales para obtener una baja impedancia en el circuito de excitación y una alta impedancia de carga en el condensador de retención. Estos circuitos utilizan conmutadores FET en vez de BJT a causa de la linealidad y carencia de offset en sus características de transferencia en la proximidad del origen, donde tiene lugar la acción de conmutación. R1 Va MUESTRA S R2 C Vo Ecuación de diseño t R2C ( R2 Vo t) Va (1 R1 e ) Circuito con interruptor Circuito inversor de muestreo y retención: uso del interruptor FET Va R1 R2 MUESTRA RETENCIÓN a T1 C Vc b MUESTRA Vo 6 3

4 Muestreo y Retención del Sonido A M P L I T U D VALOR MUESTREO Y RETENCIÓN 1 SEGUNDO Amplitud de las tensiones de muestreo v/s frecuencia de muestreo. 7 A M P L I T U D VALOR MUESTREO Y RETENCIÓN 1 SEGUNDO Frecuencia de muestreo Muestras por segundo Calidad del sonido 11 KHz 11,025 Baja 22 KHz 22,050 Media 44 KHz 44,100 Alta Tabla Nº1: Frecuencias de muestreo más usadas 8 4

5 Muestreo de una señal de Audio de 22 Khz por una señal de muestreo de 178 Khz. note que la forma De la envolvente de la señal PAM resultante es bastante semejante a señal original µs SEÑAL DE AUDIO DE 22 KHz SEÑAL DE MUESTREO DE 178 KHz 5.58 µs t t Señal PAM LA ENVOLVENTE ES IGUAL AL ORIGINAL t Muestreo a 178 KHz. 9 Conversor Digital a Análogo 5

6 Señales digitales y analógicas. Señales analógicas: Son variables eléctricas que evolucionan en el tiempo en forma análoga a alguna variable física. Señales digitales: Son variables eléctricas con dos niveles bien diferenciados que se alternan en el tiempo transmitiendo información según un código previamente acordado. 11 Estructura Básica. Estructura de un conversor digital-analógico. Xref es la referencia, dn...d1 la entrada digital y x la respuesta analógica. 12 6

7 Característica. Relación entre la entrada digital D y la salida analógica x de un conversor digital-analógico. 13 Métodos de Conversión. Conmutación de Corrientes Ponderadas. Circuito equivalente de un conversor digital-analógico de resistencias ponderadas. 14 7

8 Redes escalera. Conversor digital-analógico de red escalera. 15 Redes escalera R-2R. Una red R-2R. La resistencia vista es siempre R. 16 8

9 Redes escalera R-2R. Conversor analógico-digital R-2R en modo de corriente. La masa virtual en la entrada inversora del amplificador operacional garantiza que la propiedad de la red R-2R se cumpla. 17 Redes escalera R-2R. Conversor digital-analógico R-2R en modo de tensión. 18 9

10 Conversor de 8 Bits. Terminales. Señales de salida. -15 V +15 V R f = 5.0 k 0.1 F C C = 0.01 F 0.1 F I ref = V ref = 2.0 ma R ref R ref = 5.0 k V ref = 10.0 V DAC-0804 MSB LSB I salida I sal V 7 6 OP V V 0 = I sal R f 5.0 k D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 TTL o CMOS compatibles DAC-0804 alambrado para voltajes de salida positiva 19 Especificaciones de los DAC. Resolución. Exactitud. Error de exactitud

11 Error de escala. Error de escala. 21 Error de offset. Error de offset

12 Error de No linealidad. Error de No linealidad. 23 Conversor Análogo Digital 12

13 Introducción La creciente actualidad de las técnicas digitales es un hecho incuestionable. No obstante, si se tiene en cuenta que nosotros los humanos somos analógicos, resulta evidente la necesidad de establecer, de una u otra forma, la unión entre ambos mundos. Debido a esto surge el conversor análogo-digital que tiene la capacidad de realizar esta unión entre el mundo real con el mundo digital. Los conversores análogo-digitales, denominados también ADC s, son elementos que transforman un nivel de tensión en una información digital en un código determinado, con una precisión y resolución dada. 25 El conversor análogo digital. El conversor Analógico / Digital es un sistema que presenta en su salida una señal digital a partir de una señal analógica de entrada, (normalmente de tensión) realizando las funciones de cuantificación y codificación. Características básicas del ADC. Errores en los ADC. Salida digital Entrada Analógica Va Convertidor A/D Resolución 100 mv A 3 (2 3 ) A 2 (2 2 ) A 1 (2 1 ) A 0 (2 0 ) 26 13

14 Características básicas del ADC. Impedancia de entrada. Rango de entrada. Nº de bits. Resolución. Tensión de fondo de escala. Tiempo de conversión. Error de conversión. 27 Errores en los ADC. Error de offset. Error de cuantificación. Error de linealidad. Error de apertura

15 Resolución. Es el mínimo valor que puede distinguir el convertidor en su entrada analógica, o dicho de otro modo, la mínima variación, Vi, en el voltaje de entrada que se necesita para cambiar en un bit la salida digital. Vi Vfe n ( 2 1) 29 Tiempo de conversión. Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto, y dependerá de la tecnología de medida empleada. Evidentemente nos da una cota máxima de la frecuencia de la señal a medir

16 Error de offset. El error de offset es la diferencia entre el punto nominal de offset (cero) y el punto real de offset. 100 Diagrama ideal Codigo digital de salida Diagrama real 000 Error de offset Valor analógico de salida 31 Error de Cuantificación E. C. (1/ 2) n * Vifs n= 4 y V ifs = 15V E.C = V V 10V 15V Voltaje de entrada analógica V i (V) 32 16

17 Tipos de Conversores A/D Bucle Abierto: Conversión A/D Directa. De Rampa o Simple Pendiente. De Doble Rampa. Bucle Cerrado: Rampa en Escalera. De Cuenta Continua. Aprox. Sucesivas. SEÑAL ANALOGICA CIRCUITO DIGITAL SALIDA DIGITAL ENTRADA ANALOGICA COMPARADOR CIRCUITO DIGITAL D A C SALIDA DIGITAL 33 MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LCD 34 17

18 MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LED 35 CONVERSORES FRECUENCIA - VOLTAJE 36 18

19 LM2907 CONVERSORES FRECUENCIA - VOLTAJE 37 19

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