Conversores Analógicos

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Conversores analogicos

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Conversores Analgico Digital y Digital - Analgico.Simn Bedoya Valencia.Facultad Ingeniera Electrnica y Telecomunicaciones, Universidad Del Cauca,Popayn, Cauca, Colombia.simonbedoya@unicauca.edu.co

I. RESUMEN

En el siguiente trabajo investigativo se va a tatar el tema de los conversores tanto analgico digital como digital analgico, empleados en la actualidad.

Se llegara a mostrar y distinguir los diferentes tipos de conversores que existen, realizaremos el estudio de sus diagramas circuitales, como su funcionamiento interno, los DAC (conversor digital analgico) y los ADC (conversor analgico digital) son los dispositivos a tratar en la investigacin, donde estos son una gran herramienta en la electrnica para la lectura y procesamiento de diferentes acciones, seales, etc.

II. INTRODUCCION

Los procesos acciones que se dan a menudo en el mundo son seales de tipo analgicas cuya variacin es continua, donde su velocidad puede ser diferente como en el caso de las variaciones de un sistema de audio que son elevadas o lentas como la variacin de temperatura, la mejor manera de poder describir los procesos analgicos es mediante nmeros decimales y letras del alfabeto, donde estos para ser representados en las mquinas de hoy en da son dictadas o bajo un patrn binario.No es sencillo guardar, manejar, comparar, calcular o recuperar datos de manera certera utilizando la tecnologa anloga, a diferencia de las computadoras que pueden realizar esto de una manera muy eficaz, pero este manejo se realiza digitalmente, debido a esto surgi la necesidad de inventar o crear dispositivos conversores que nos ayudaran a poder vincular entre si a estos dos entornos el digital y el analgico, Para ellos se crearon los conversores analgicos a digital (ADC) para comunicar el entorno analgico con el entorno digital y de manera semejante se crearon los conversores digitales analgicos (DAC) que nos comunicaban el entorno digital con el entorno analgico y de aqu empieza una gran revolucin, unin y comunicacin de estos dos entornos.III. CONVERSORES DIGITAL ANALOGICO (DAC)

Caractersticas:

El conversor DAC convierte las seales digitales en cantidades elctricas analgicas relacionadas con las entradas de codificado digital. Los DAC realizan sus conversiones recibiendo los datos en forma paralela o serial. La opcin de optar por utilizarlo de una u otra manera se basa en el uso final que se le va a dar, como por ejemplo en el proceso de control de vlvulas en serie o en instrumentos de medida como los osciloscopios de almacenamiento digital se emplea la conversin de entrada en paralelo.

Los conversores DAC pueden entregar a la salida variacin de corriente, voltaje o carga elctrica esto es escogido por las preferencias del usuario, se tiene en cuenta que en la conversin a corriente se realiza con mayor velocidad que cuando la conversin se manifiesta en voltaje, todo esto recae en las caractersticas implcitas del amplificador operacional que se utiliza en el diseo.

Los conversores DAC tienen una caractersticas especficas que a continuacin se explicaran de una manera ms amplia, estas caractersticas nos ayudan a determinar si efectividad, su precisin para el uso en que se aplicaran, estas caractersticas son basadas en las especificaciones del fabricante, esto es vital para poder realizar la correcta eleccin del conversor.

Resolucin: La resolucin es la caracterstica del conversor que nos da la diferenciacin que nos ayuda a reconocer el aumento o la disminucin en el nmero binario. Esta caracterstica es dada por el fabricante.

Precisin: Esta propiedad de los conversores DAC se muestra en forma porcentual, esta corresponde a la variacin que se presenta en el puerto de salida del conversor, donde este es proporcional a la polarizacin aplicada al circuito, al aumentarla es mayor el error por escala.

Motonicidad: Los conversores DAC son montonos si su salida aumenta a la vez que lo hace su entrada, es decir, un conversor DAC es montono si no tiene pasos en retroceso.

Tiempo de establecimiento: Este tiempo es el tiempo en que demora el conversor DAC en tomar su valor mximo (cuando sus entradas estn en 1 lgicos), empezando desde cero, este valor oscila entre los 50 ns y los 10 us, como se mencion anteriormente este tiempo puede varias si la salida se toma como variacin de voltaje.

Offset: esta caracterstica es la que nos da el error generado por la circuitera interna del dispositivo, ya que cuando ingresamos ceros en la entrada deberamos esperar en la salida cero voltios, pero no es as, este pequeo voltaje es conocido como voltaje de offset, este problema se debe corregir para que no afecte los resultados obtenidos en la conversin.

Ahora veremos la composicin en bloques del conversor DAC:

Tipos:

Para los conversores DAC, sus tipos estn basados en diferentes combinaciones o formas de implementacin de una red resistiva, podemos ver a continuacin las diferentes implementaciones de estas redes en los conversores.

Red escalera R / 2R: Este tipo de conversor consta de un gran juego de resistencias donde estas ramas resistivas estn conectadas a un amplificador operacional el cual est en una configuracin sumadora, esta configuracin nos da una amplia gama a la entrada no nos limita como el tipo de conversor con el arreglo en resistencias ponderadas binarias, su funcionamiento se basa en la unin de estas entradas a un sistema digital con salida TTL donde cuando se presenta un 0 lgico se toma como la usencia en esa rama entonces esta no aporta nada al sistema.

Podemos ver la configuracin circuital del conversor DAC:

Para el montaje se usa una fuente de voltaje comn, denominada como voltaje de referencia, y la funcin del nmero binario es cerrar los switches y habilitar el paso de corriente por las ramas asociadas a un 1 lgico.

Resistencias de ponderacin binaria: En esta configuracin de las ramas resistivas se emplea menor nmero que en el circuito anterior, tienen un defecto que al incluir mayor cantidad de bits se complica su fabricacin por la cuestin de la disponibilidad de las resistencias.A medida que se aumenta la cantidad de bits, las resistencias aumentan su valor conforma a los bits a necesitar, al aumentar la cantidad de bits empezamos a tener una menor variacin de voltaje o corriente, como ya sabemos por el funcionamiento de la configuracin anterior el amplificador operacional est en configuracin sumador, as que el voltaje de salida depende de la suma de los voltajes presentes en las ramas.Podemos ver en la siguiente imagen la configuracin de este tipo de conversor DAC:

IV. CONVERSOR ANALOGICO DIGITAL (ADC)

Caractersticas:

Los conversores ADC son dispositivos que convierten los niveles de tensin analgica en una combinacin binaria correspondiente, si tenesmo n bits tendremos niveles de tensin diferentes. Todo conversor ADC debe tener como fin que la combinacin o el conjunto de bits obtenidos sea lo ms aproximado a los valores analgicos correspondientes. Hay diferentes tipos de conversores ADC los ms utilizados son: Rampa de escalera, Aproximaciones sucesivas, Paralelo (flash), Doble rampa, Voltaje a Frecuencia, Tipo serie.Una caracterstica que tiene muchos conversores ADC es que dentro de ellos implementan conversores DAC. Adems del conversor se requiere un reloj para realizar la funcin y una seal de arranque llamada START o comando de inicio. Ac podemos ver la composicin de un conversor ADC:

a. Se enva un pulso indicando el inicio de la conversin, este se enva a la unidad de control.b. A una frecuencia establecida por el reloj interno, el registro empieza aumentar su valor en una unidad o bit.c. El conversor D/A asociado al ADC traduce el nmero del registro en una variable circuital (voltaje o corriente).d. Ese valor arrojado por el conversor D/A es comparado por el A.O con la entrada analgica que inicialmente se quiere convertir, y arroja 1 mientras el valor del registro sea menor que la entrada.e. Cuando el valor del DAC es mayor, por una cantidad no ms grande que el voltaje de umbral, el comparador arroja un 0 y la conversin se da por terminada.

La variacin en el anterior esquema se presenta en que difiere principalmente en el rea de control, cambiando por medio del valor alojado en registro, de lo contrario ser igual.

Tipos: Conversor de Rampa: El esquema bsico de este conversor es el mismo que se describi anteriormente como el general de los conversores. La diferencia radica en el mdulo de control, para este tipo de conversor se hace uso de una compuerta AND como ncleo del control. Una de sus entradas el voltaje que se desea convertir, la otra es la seal de reloj y por ltimo, la tercera seal corresponde a la seal de START negada, que a su vez va conectada al RESET del contador.El funcionamiento es esencialmente el mismo, se genera un pulso de arranque o de START que habilita los pulsos de reloj provenientes de la compuerta AND y a su vez borra el valor actual del contador, por lo que la salida del DAC ser igual a cero voltios y por consiguiente menor que la entrada. Los pulsos de reloj aumentan de a uno el valor alojado en el contador, y este es comparado con la entrada, hasta que alcanza un valor mayor o igual al voltaje analgico de entrada (normalmente difieren en 10 a 100v) y por consiguiente el comparador enva un 0 a la compuerta AND, as que se mantiene el valor de la conversin hasta que haya un nuevo pulso de START.Se le denomina conversor de rampa digital o escalera debido a la onda de salida que genera el DAC. La desventaja de este ADC es el tiempo que requiere para la conversin, pues si queremos aumentar sus bits de resolucin tendremos que duplicar el tiempo de conversin, adems que el tiempo total para una conversin cualquiera depende directamente del valor analgico a convertir. Cuando hablamos de este tiempo de conversin, nos ref