CONVERTIDORES DIGITAL ANALGICO Y ANALGICO -DIGITAL

CONVERTIDORES DIGITAL ANALGICO

Las dos operaciones E/S relativas al proceso de mayor importancia son la conversin de digital a analgico D/Ay la conversin de analgico a digital A/D.

Bsicamente, laconversinD/A es el proceso de tomarunvalor representado encdigodigital(cdigobinario directo o BCD) y convertirloenun voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. Este voltaje o corriente es una cantidadanalgica,yaque puede tomar diferentes valores de cierto intervalo.

DAC de 4bits. A es el LSB y D es el MSB.

Las entradas digitales D, C, B y Ase derivan generalmente del registro de salida de unsistemadigital. Los 24= 16 diferentes nmeros binarios representados por estos 4 bits se enlistan en la tabla siguiente.Por cada nmero de entrada, el voltaje de salida del convertidor D/A es un valor distinto.De hecho, el voltaje de salida analgico Vout es igual en voltios al nmero binario (no es as en todos los casos).Tambin podra tener dos veces el nmero binario o algn otro factor de proporcionalidad.La misma idea sera aplicable si la salida del D/A fuese la corriente Iout.

Entrada digitalSalida analgica

DCBAVout en voltios

00000

00011

00102

00113

01004

01015

01106

01117

10008

10019

101010

101111

110012

110113

111014

111115

RESOLUCIN DE UN DAC

Se define como la mnima variacin que puede ocurrir en la salida analgica como resultado de un cambio en la entrada digital.En el caso anterior, se observa que la resolucin es de 1V.Aunque la resolucin puede expresarse como la cantidad de voltaje o corriente por etapa, resulta ms til expresarla como un porcentaje de la salida de escala completa.El DAC descrito en la tabla tiene una escala de 15 - 0 = 15V, el tamao de la etapa es de 1V (la etapa es el cambio de la seal de salida ante un cambio de la seal de entrada de un valor a otro consecutivo).

La expresin que define a la resolucin de un DAC es la siguiente:

DAC construido con un amplificador operacional

Existen varios mtodos y circuitos para producir para producir la operacin D/A que se ha descrito.Uno de ellos es el que se muestra en la figura anterior.Las entradas A, B, C y D son entradas binarias que se suponen tienen valores 0V o 5V.El amplificador operacional sirve como amplificador sumador, el cual produce la suma con valor asignado de estos voltajes de entrada.

La expresin que describe la operacin de este DAC es la siguiente:

Vout = -( Rf/R1 Vd + Rf/R2 Vc + Rf/R3 Vb + Rf/R4 Va )

ESPECIFICACIONES DAC

Se dispone de una amplia variedad de DAC como circuitos integrados o bien como paquetes encapsulados autocontenidos. Uno debe estar familiarizado con las especificaciones ms importantes de los fabricantes a fin de evaluar un DAC en una determinada aplicacin.

-ResolucinComo se mencion antes, la resolucin porcentual de un DAC depende nicamente del nmero de bits. Por esta razn, los fabricantes por lo general especifican una resolucin de DAC como el nmero de bits. Un DAC de 10 bits tiene una resolucin ms sensible (mayor exactitud) que uno de 8 bits.

- PrecisinLos fabricantes de DAC tienen varias maneras de especificar la precisin o exactitud. Las dos ms comunes se las llamaErrorde Escala CompletayError de Linealidad,que normalmente se expresan como un porcentaje de la salida de escala completa del convertidor (%FS).

El error de escala completa es la mxima desviacin de la salida delDACde su valor estimado (terico).

E1 error de linealidad es la desviacin mxima en el tamao de etapa del terico. Algunos de los DAC ms costosos tienen errores de escala completa y de linealidad en el intervalo 0.01% - 0.1%.

-Tiempo de respuestaLa velocidad de operacin de un DAC se especifica como tiempo de respuesta, que es el tiempo que se requiere para que la salida pase de cero a escala completa cuando la entrada binaria cambia de todos los ceros a todos los unos. Los valores comunes del tiempo de respuesta variarn de 50ns a 10s. En general, los DAC con salida de corriente tendrn tiempos de respuesta ms breves que aquellos con una salida de voltaje. Por ejemplo, el DAC 1280 puede operar como salida de corriente o bien de voltaje. Su tiempo de respuesta a su salida es 300ns cuando se utiliza salida de corriente 2.5s cuando se emplea salida de voltaje.El DAC 1280 es un convertidor D/A construido con un amplificador sumador.

-Voltaje de balanceEn teora, la salida de un DACsercerovoltios cuando la entrada binaria es todos los ceros. En la prctica, habr un voltaje de salida pequeo producido por el error de desbalance del amplificador del DAC. Este desplazamiento es comnmente 0.05% FS. Casi todos los DAC con voltaje tendrn una capacidad de ajuste de balance externo que permite eliminar el error de desbalance.

APLICACIONES DE LOS DACs

Los DAC se utilizan siempre que la salida de un circuito digital tiene que ofrecer un voltaje o corriente analgico para impulsar o activar un dispositivo analgico. Algunas de las aplicaciones ms comunes se describen a continuaciones.

-Control: la salida digital de una computadora puede convertirse en una seal de control analgica para ajustar la velocidad de un motor, la temperatura de un horno o bien para controlar casi cualquier variable fsica.

-Anlisisautomtico:las computadoras puedenserprogramadas para generar lassealesanalgicas (a travsdeun DAC)que se necesitan para analizar circuitos analgicos. La respuesta de salida analgica del circuito de prueba normalmente se convertir en valor digital por un ADC y se alimentar a la computadora paraseralmacenada, exhibida y algunasvecesanalizada.

-Control de amplitud digital:un DAC multiplicativo se puede utilizar para ajustar digitalmente la amplitudde unasealanalgica. Recordemos que un DAC multiplicativo produce una salida que es el producto de un voltaje de referencia y la entrada binaria. Si el voltaje de referencia es una seal que vara con el tiempo, la salida del DAC seguir esta seal, pero con una amplitud determinada por el cdigo de entrada binario. Una aplicacin normal de esto es el control de volumendigital,donde la salida de un circuito o computadora digital puede ajustar la amplitud de una seal de audio.

-ConvertidoresA/D:varios tipos de convertidores A/D utilizan DACs que son parte de sus circuitos.

CONVERTIDORES ANALGICO DIGITAL

UnconvertidorA/Dtoma un voltaje de entrada analgico y despus de cierto tiempo produce un cdigo de salida digital que representa la entrada analgica. El proceso de conversin A/D es generalmente ms complejo y largo que el proceso D/A, y se han creado y utilizado muchos mtodos.

Varios tipos importantes de ADC utilizan un convertidor D/A como parte de sus circuitos. En la figura siguiente se muestra un diagrama de bloque general para esta clase de ADC. La oportunidad para realizar la operacin es ofrecida por la seal del cronmetro de entrada. La unidad de control contiene los circuitos lgicos para generar la secuencia de operaciones adecuada en respuesta al comando START, el cual inicia el proceso de conversin. El comparador tiene dos entradasanalgicasy una salida digitalque intercambia estados, segn qu entrada analgica sea mayor.

Diagrama en bloques de un ADC

La operacin bsica de los convertidores A/D de este tipo consta de los siguientes pasos:

-El comando START pasa a alto dando inicio a la operacin-A una razn determinada por el cronmetro, la unidad de control modifica continuamente el nmero binario que est almacenado en el registro.-El nmero binario del registro es convertido en un voltaje analgico, Va, por el convertido D/A.-El comparador compara Va con la entrada analgica Va.En tanto que Va < Va, la salida del comparador permanece en alto.Cuando Va excede a Va por lo menos en una cantidad Vt (voltaje umbral), la salida del comparador pasa a bajo y suspende el proceso de modificacin del nero del registro.En este punto, Va es un valor muy aproximado de Va y el nmero digital del registro, que es el equivalente digital de Va es asimismo el equivalente digital de Va, en los lmites de la resolucin y exactitud del sistema.

Las diversas variaciones de este esquema de conversin D/A difieren principalmente en la forma en que la seccin de control modifica continuamente los nmeros contenidos en el registro. De lo contrario, la idea bsica es la misma, con el registro que contiene la salida digital requerida cuando se completa el proceso de conversin.

CONVERTIDOR A/D CON RAMPA DIGITAL

Una de las versiones ms simples del convertidor A/D de la figura anterior hace uso de un contador binario como registro y permite que el cronmetro incremente al un paso a la vez hasta que Va Va.A este se lo llama convertidor A/D con rampa digital ya que la forma de onda en Va es una rampa que funciona paso por paso (en realidad es escaln por escaln) como la que se muestra en la figura siguiente.

Convertidor A/D con rampa digital

Va puede ser el resultado de un muestreo y retencin de las seal analgica original.