Transcript of Reporte Ayudantia
- 1. Introduccin Conversin Analgica-Digital La conversin analgica
a digital es el proceso por el cual se convierten seales continuas
a nmeros digitales discretos. Se realiza con un circuito integrado
electrnico conocido como convertidor analgico a digital (ADC, por
sus siglas en ingles), la operacin inversa es conocida como
conversin digital a analgica. Para convertir una seal analgica a
una digital la seal tiene que pasar por los procesos de muestro,
cuantizacin y codificacin. La seal analgica es continua en el
tiempo y es necesario convertirla a un flujo de valores digitales,
esto consiste bsicamente en realizar en forma peridica medidas de
la amplitud de la seal y traducirlas a un lenguaje numrico. Para
esto se realizan tres procesos: Muestreo: Consiste en tomar
muestras peridicas de la amplitud de onda. La velocidad con la que
se toma esta muestra; el numero de muestras por segundo, se conoce
como frecuencia de muestreo. Segn el teorema de Nyquist para poder
replicar con exactitud la forma de una onda es necesario que la
frecuencia de muestreo sea superior al doble de la frecuencia mxima
de la seal analgica. Como se muestra en la fig 1.1 Seal Analgica
Seal muestreada Fig1.1 Cuantificacin: en este proceso se mide el
nivel de voltaje de cada muestra y a continuacin se le asigna un
margen de valor de una seal analizada a un nico nivel de salida.
Este proceso produce una seal indeseada llamada error de
cuantificacin. Codificacin: es la traduccin de los valores
obtenidos en la cuantificacin a valores binarios. Como se muestra
en la fig 1.2 fig 1.2 Estos tres procesos los realiza el ADC. El
convertidor analgico digital tiene sus propias caractersticas que
deben conocerse.
- 2. Resolucin: La resolucin indica el nmero de valores discretos
que el convertidor puede producir sobre el intervalo de valores
analgicos. La resolucin es usualmente expresada en bits, por lo
tanto el nmero de valores o niveles discretos es usualmente una
potencia de dos. Por ejemplo un ADC con una resolucin de 8 bits
puede codificar una seal en 256 niveles ya que 28=256. Estos
valores se pueden representar en intervalos de 0 a 255 o -127 a 128
dependiendo de la aplicacin. Velocidad de muestreo: El ADC tiene
una velocidad mxima de muestreo que limita la frecuencia de las
seales que se pueden convertir. Ya que el ADC no puede hacer las
conversiones instantneamente el valor de la entrada tiene que
mantenerse constante el tiempo que se hace la conversin. Un
circuito interno llamado de muestra y retencin realiza esta tarea.
Estructuras de ADC El ADC de conversin directa o flash ADC: Es un
ADC que consiste de un banco de comparadores, cada uno encendindose
a un voltaje determinado. El banco de comparadores alimenta un
circuito lgico que genera un cdigo para cada intervalo de voltaje.
La conversin directa es muy rpida pero usualmente solo tiene 8 bits
de resolucin (8 comparadores) o incluso menos. Se utilizan cuando
se requieren conversiones muy rpidas pero no es necesaria una alta
calidad. El ADC de aproximaciones sucesivas: funciona
constantemente comparando el voltaje de entrada con el de salida de
un convertidor digital analgico interno. En cada paso de este
proceso un valor binario de la aproximacin es guardado en un
registro de aproximaciones sucesivas (SAR). El SAR utiliza un
voltaje de referencia que es el valor mximo que el ADC puede
convertir. Por ejemplo para un voltaje de 60 volts con 100 volts de
referencia en el primer ciclo de reloj, 60 volts es comparado con
50 (el voltaje a la salida del DAC interno cuando la salida es 1
seguido por ceros) como 60 es mayor que 50 el voltaje ser positivo
y el bit ms significativo ser 1, en el segundo ciclo de reloj la
entrada es comparada con 75 volts esto es el punto medio entre 50 y
100 y la salida en el DAC cuando tiene 11 seguido de ceros. Ya que
60 es menor que 75 la salida en el comparador es negativa y el
segundo bit es 0. Y as sucesivamente. Como las aproximaciones son
sucesivas y no simultneas se requiere un ciclo de reloj para cada
bit de resolucin deseado. La frecuencia de reloj debe ser igual a
la frecuencia de muestreo multiplicada por los bits de resolucin
deseados. ADC de comparacin de rampa: produce una seal diente de
sierra despus rpidamente cae a cero. Cuando la rampa comienza a
bajar un reloj comienza a contar. Cuando el voltaje de la rampa es
igual al de la entrada se enciende un comparador y el valor del
reloj se graba. Estos convertidores son sensibles a los cambios de
temperatura.
- 3. Conversin Digital-Analgica Al igual que con la conversin
analgica a digital hay varias maneras para transformar una seal
digital a analgica las ms comunes son. El modulador de ancho de
pulso: Un voltaje estable pasa por un filtro pasabajas analgico
durante un tiempo determinado por la entrada digital. El DAC de
peso binario: contiene un resistor por cada bit del DAC conectados
a un punto de suma. Estos voltajes suman el voltaje de la salida.
El DAC de escalera R2R: es un DAC de peso binario que utiliza una
estructura repetitiva en forma de cascada de R y 2R esto aumenta la
precisin pero aumenta el tiempo de conversin. Fig1.4 Fig1.4 El
Efecto Alias Ya que todos los procesos de conversin de seales
emplean el muestreo de la seal de entrada en intervalos discretos
la salida es una imagen incompleta del comportamiento de la
entrada. Cuando los valores digitales de la salida del ADC son
convertidos por un DAC, es deseable que la salida del DAC sea una
representacin fiel de la seal de entrada. Si la seal de entrada
esta cambiando mas rpido que la frecuencia de muestreo seales
falsas llamadas aliases sern formadas a la salida del DAC. La
frecuencia de la seal de alias es la diferencia entre la frecuencia
de la seal y la frecuencia de muestreo. El alias se puede prevenir
con un filtro pasa bajas que filtre las frecuencias mayores a la
frecuencia de muestreo. Como se muestra en la figura