Conversores ADC y DAC

Conversores ADC y DACIntroduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales 2008

Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

Conversores Digital-analgicos (DAC)

Conversores ADC y DAC

Clasificacin de DAC:Serie. Paralelo.

Formato

Tecnologa

Resistencias pesadas (obsoleto). Redes R-2R con fuente de tensin. Redes R-2R con fuente de corriente. Redes C-2C.


Conversores ADC y DACAmplificador operacional (A.O.) +V Entrada no-inversora

+Salida

Entrada inversora

-V

Amplificador Operacional ideal: Impedancia de entrada infinita: No circula corriente entre los bornes (+) y (-) por lo que la tensin es nula. Impedancia de salida nula: La salida es siempre constante. Ganancia a lazo abierto infinita: Con una tensin infinitesimal entre los bornes de entrada, la salida satura a la tensin de alimentacin del operacional (+V) (V) dependiendo de la polaridad de .


Conversores ADC y DACAmplificador operacional

R1

R2

R1

R2

Se consigue en la salida Vo, ganancia atenuacin respecto de la entrada siempre con inversin de polaridad.

Se consigue en la salida Vo, ganancia respecto de la entrada siempre con idntica polaridad. Si R1 es infinita y R2 nula no se tiene ganancia alguna (funciona como buffer no inversor.


Conversores ADC y DACAmplificador operacional

R

C

C

R

Este esquema es un integrador: Si se aplica una tensin contnua en la entrada, la salida responder temporalmente con una rampa de tensin.


DAC Conversor DAC tipo R-2R2R 2R 2R



DAC Conversor DAC tipo R-2REste esquema tiene la ventaja de que emplea generador de corriente idnticos (suele hacerse con espejos de corriente).



DAC Limitaciones temporales y errores



DAC

Errores



DAC

Limitaciones temporales



DAC

Conversores ADC y DAC Ejemplo de DAC tipo multiplicativo paralelo: DAC0800

Permite el control de la corriente de referencia por tensin externa Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

DAC

Conversores ADC y DAC Ejemplo de DAC tipo multiplicativo: DAC0800

Ejemplo de DAC tipo multiplicativo paralelo: DAC0800


DAC

Conversores ADC y DAC Ejemplo de DAC tipo multiplicativo paralelo: DAC0800Conversin corriente-tensin



Conversores ADC y DACEjemplo DAC cudruple serie

Data sheet DAC084S085 NSC




Ejemplo DAC cudruple serie



Conversores Digital-analgicos (DAC)Ejemplo DAC cudruple serie


VO



Conversores ADC y DAC Conversores Analgico-Digitales Clasificacin de ADC:Rampa (simple, doble, triple y cudruple rampa) MUY LENTOS. Aproximaciones sucesivas (SAR) RPIDOS. Flash MUY RPIDOS. Pipe-line (basada en ADCs Flash) MUY RPIDOS. Delta. Modulacin por tiempo de pulso (PTM: PWM y PPM). Sigma-delta.

Tecnologa

Formato

Serie. Paralelo.


ADC tipo rampaADC simple rampa



ADC tipo rampaADC simple rampa



ADC tipo rampa

ADC simple rampa


Para lograr tener N proporcional a Va basta con invertir los roles de Va y Vreferencia Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

ADC tipo rampaADC doble rampa









ADC tipo rampa Ejemplo de ADC cudruple rampa

Conversores ADC y DACICL7109


Modulacin Delta

Conversores ADC y DACEst basado en el empleo de un muestreador + integrador + comparador analgico

Expresin del integrador

Leon Couch II:Sistemas de Comunicacin Digitales y Analgicos Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

Modulacin Delta


Leon Couch II:Sistemas de Comunicacin Digitales y Analgicos Sergio NoriegaIntroduccin a a losSistemas Lgicos y Digitales - 2007 Introduccin los Sistemas Lgicos y Digitales 2008

ADC tipo Sigma-delta


Diagrama en bloques de un modulador Sigma-Delta elemental de primer rden

Ejemplo de funcionamiento del conversor, suponiendo una entrada analgica de 0,6 VEn general los conversores Sigma-dellta tienen resoluciones de 16 a 24 bits y se basan en el sobremuestreo y filtrado digital. Su aplicacin principal es en el procesado de seales de audio. an10 de Crystal Semiconductor Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008



En el proceso de sobre muestreo se logra distribuir la energa del ruido a fin de quedarse slo con la ayuda de un posterior filtrado, la parte que entra dentro del espectro de la seal a adquirir.

an10 de Crystal Semiconductor Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008



Eliminado por el filtrado

an10 de Crystal Semiconductor Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

ADC tipo Aproximaciones Sucesivas


Comparador analgico

DAC SAR











Conversores ADC y DACEjemplo ADC tipo SAR






ADC tipo Flash

Conversores ADC y DAC Ejemplo n=3

Es el conversor comercial mas rpido. Se necesitan 2n - 1 comparadores analgicos para implementar un conversor de n bits.

Tabla de sntesis del decodificador


ADC tipo FlashGrfico de discretizacin en 3 bits de la seal analgica

Conversores ADC y DACGrfico de funcin de transferencia y evolucin del error de cuantizacin


ADC tipo Flash multietapa




Ejemplo ADC Flash multietapa


ADC tipo Pipeline


Basado en bloques que contienen ADC Flash y DAC se logra por sucesivas adquisiciones sintetizar una conversin a alta velocidad. En cada cilco de reloj se tiene el resultado de una muestra pero existe una latencia (delay) que hay que considerar. DAC de 3 bits pero con precisin de 12 bits

an1023 de Maxim


ADC tipo Pipeline


Proceso temporal de una muestra

Latencia: En cada ciclo de reloj se convierte una muestra peroaparece en el bus retrasada en este caso 4 ciclos. an1023 de Maxim Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

Ejemplo de ADC tipo Pipeline


Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008



Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC




Latencia de 7 ciclos de reloj Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008



Hojas de Datos del ADC14L040 de NSC Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008

Sample and Hold y Track and Hold

Conversores ADC y DAC Ejemplo de S&H

Diferencias entre S&H y T&H


Sample and Hold y Track and Hold


Tiempos relevantes en el proceso de muestreo y retencin


Conversores ADC y DACLimitaciones en la velocidad de muestreo

Para el clculo de la velocidad mxima de muestreo se deber tener en cuenta los tiempos de adquisicin y establecimiento del T&H S&H, tiempo de conversin del ADC y tiempo de lectura del sistema. Esto independientemente de cumplir con el teorema de muestreo (Nyquist).



Extracto Nota de aplicacin de National Semiconductor "ABCs of ADCs: Analog-to-Digital Converter Basics" Sergio Noriega Introduccin a los Sistemas Lgicos y Digitales - 2008


ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs



ABCs of ADCs


Conversores ADC y DAC Bibliografa: Apuntes de teora: Conversores ADC y DAC. Hugo Mazzeo.

Libros:Sistemas Digitales. R. Tocci, N. Widmer, G. Moss. Ed. Prentice Hall. Diseo Digital. M. Morris Mano. Ed. Prentice Hall. 3ra edicin. Diseo de Sistemas Digitales. John Vyemura. Ed. Thomson. Diseo Lgico. Antonio Ruiz, Alberto Espinosa. Ed. McGraw-Hill. Digital Design:Principles & Practices. John Wakerly. Ed. Prentice Hall. Diseo Digital. Alan Marcovitz. Ed. McGraw-Hill. Electrnica Digital. James Bignell, R. Donovan. Ed. CECSA. Tcnicas Digitales con Circuitos Integrados. M. Ginzburg. Fundamentos de Diseo Lgico y Computadoras. M. Mano, C. Kime. Ed. Prentice Hall. Manuales de Conversores de Motorola, Texas Instruments, Analog Devices, Maxim, National Semiconductors, etc.. ( www.onsemi.com; www.ti.com; www.analogdevices.com; www.maxim-ic.com; www.nsc.com )


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