CONVERTIDORESDIGITALANALGICOYANALGICO-DIGITAL CONVERTIDORES DIGITAL ANALGICO LasdosoperacionesE/Srelativasalprocesodemayor importanciasonlaconversindedigitalaanalgicoD/A yla conversin de analgico a digital A/D. Bsicamente, la conversin D/A es el proceso de tomar un valor representadoen cdigo digital (cdigo binariodirectooBCD)y convertirlo en unvoltajeocorrientequeseaproporcionalal valordigital.Estevoltajeocorrienteesuna cantidad analgica, ya quepuedetomardiferentesvaloresde cierto intervalo. DAC de 4bits. A es el LSB y D es el MSB. LasentradasdigitalesD,C,ByA sederivangeneralmentedel registrodesalidadeun sistema digital.Los24 =16diferentes nmerosbinariosrepresentadosporestos4bitsseenlistanen latablasiguiente.Porcadanmerodeentrada,elvoltajede salidadelconvertidorD/Aesunvalordistinto.Dehecho,el voltajedesalidaanalgicoVoutesigualenvoltiosalnmero binario (no es as en todos los casos).Tambin podra tener dos veceselnmerobinariooalgnotrofactorde proporcionalidad.Lamismaideaseraaplicablesilasalidadel 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 salidaanalgicacomoresultadodeuncambioenlaentrada digital.Enelcasoanterior,se observaquelaresolucinesde 1V.Aunque la resolucin puede expresarse como la cantidad de voltajeocorrienteporetapa,resultamstilexpresarlacomo un porcentaje de la salida de escala completa. El DAC descrito enlatablatieneunaescalade15-0=15V,eltamaodela etapa es de 1V (la etapa es el cambio de la seal de salida ante uncambiodelasealdeentradadeunvaloraotro consecutivo). LaexpresinquedefinealaresolucindeunDACesla siguiente: DAC construido con un amplificador operacional Existen varios mtodos y circuitos para producir para producir la operacinD/Aquesehadescrito.Unodeelloseselquese muestraenlafiguraanterior.LasentradasA,B,CyDson entradasbinariasquesesuponentienenvalores0Vo5V.El amplificadoroperacionalsirvecomoamplificadorsumador,el cualproducelasumaconvalorasignadodeestosvoltajesde entrada. LaexpresinquedescribelaoperacindeesteDACesla siguiente: Vout = -( Rf/R1 Vd + Rf/R2 Vc + Rf/R3 Vb + Rf/R4 Va ) ESPECIFICACIONES DAC SedisponedeunaampliavariedaddeDACcomocircuitos integrados o bien como paquetes encapsulados autocontenidos. Unodebeestarfamiliarizadoconlasespecificacionesms importantesdelosfabricantesafindeevaluarunDACenuna determinada aplicacin. - Resolucin Comosemencionantes,laresolucin porcentual de un DAC depende nicamente del nmero de bits. Por esta razn, los fabricantes por lo general especifi-canunaresolucindeDACcomoelnmerodebits.Un DACde10bitstieneunaresolucinmssensible(mayor exactitud) que uno de 8 bits. - Precisin Los fabricantes de DAC tienen varias maneras deespecificarlaprecisinoexactitud.Lasdosms comunesselasllama Error deEscalaCompleta y Errorde Linealidad, quenormalmenteseexpresancomoun porcentaje de la salida de escala completa del convertidor (%FS). El error de escala completa es la mxima desviacin de la salida del DAC de su valor estimado (terico). E1errordelinealidadesladesviacinmximaenel tamaodeetapadelterico.AlgunosdelosDACms costosos tienen errores de escala completa y de linealidad en el intervalo 0.01% - 0.1%. - Tiempoderespuesta Lavelocidaddeoperacindeun DACseespecificacomotiempoderespuesta,queesel tiempoqueserequiereparaquelasalidapasedeceroa 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 devoltaje.Sutiempoderespuestaasusalidaes300ns cuandoseutilizasalidadecorriente2.5scuandose empleasalidadevoltaje.ElDAC1280esunconvertidor D/A construido con un amplificador sumador. - Voltajedebalance Enteora,lasalidadeun DAC ser cero voltioscuandolaentradabinariaestodos losceros.Enlaprctica,habrunvoltajedesalida pequeoproducidoporelerrordedesbalancedel amplificador del DAC. Este desplazamiento es comnmente 0.05%FS.CasitodoslosDACconvoltajetendrnuna capacidaddeajustedebalanceexternoquepermite eliminar el error de desbalance. APLICACIONES DE LOS DACs LosDACseutilizansiemprequelasalidadeuncircuitodigital tiene que ofrecer un voltaje o corriente analgico para impulsar oactivarundispositivoanalgico.Algunasdelasaplicaciones ms comunes se describen a continuaciones. - Control:lasalidadigitaldeunacomputadorapuede convertirse en una seal de control analgica para ajustar lavelocidaddeunmotor,latemperaturadeunhornoo bien para controlar casi cualquier variable fsica. - Anlisis automtico: lascomputadoras pueden ser programadasparagenerar las seales analgicas(atravs de unDAC) quese necesitanparaanalizarcircuitosanalgicos.Larespuesta de salida analgica del circuito de prueba normalmente se convertir en valor digital por un ADC y se alimentar a la computadorapara ser almacenada,exhibiday algunas veces analizada. - Controldeamplituddigital: unDACmultiplicativose puedeutilizarparaajustardigitalmentelaamplitud de una seal analgica.RecordemosqueunDAC multiplicativo produce una salida que es el producto de un voltajedereferenciaylaentradabinaria.Sielvoltajede referenciaesunasealquevaraconeltiempo,lasalida delDACseguirestaseal,peroconunaamplitud determinadaporelcdigodeentradabinario.Una aplicacinnormaldeestoeselcontrolde volumen digital, dondelasalidadeuncircuitoo computadora digital puede ajustar la amplitud de una seal de audio. - Convertidores A/D: variostiposdeconvertidoresA/D utilizan DACs que son parte de sus circuitos. CONVERTIDORES ANALGICO DIGITAL Un convertidor A/D tomaunvoltajedeentradaanalgicoy despus de cierto tiempo produce un cdigo de salida digital que representalaentradaanalgica.ElprocesodeconversinA/D es generalmente ms complejo y largo que el proceso D/A, y se han creado y utilizado muchos mtodos. VariostiposimportantesdeADCutilizanunconvertidorD/A comopartedesuscircuitos.Enlafigurasiguientesemuestra undiagramadebloquegeneralparaestaclasedeADC.La oportunidadpararealizarlaoperacinesofrecidaporlaseal delcronmetrodeentrada.Launidaddecontrolcontienelos circuitoslgicosparagenerarlasecuenciadeoperaciones adecuadaenrespuestaalcomandoSTART,elcualiniciael procesodeconversin.Elcomparadortienedos entradas analgicas yunasalidadigital queintercambia 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. - ElcomparadorcomparaVaconlaentradaanalgica Va.EntantoqueVa