TEMA 12. CONVERSORES D/A y A/D

Raúl Rengel Estévez: [email protected]ía Jesús Martín Martínez : [email protected]

TEMA 12. CONVERSORES TEMA 12. CONVERSORES

D/A y A/DD/A y A/D

IEEE 125 Aniversary: http://www.flickr.com/photos/ieee125/with/2809342254/

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TEMA 12. CONVERSORES D/A y A/DTEMA 12. CONVERSORES D/A y A/D

-- IntroducciIntroduccióónn

-- Circuitos conversores de seCircuitos conversores de seññal digital a al digital a analanalóógicagica

-- Circuitos conversores de seCircuitos conversores de seññal analal analóógica a gica a digitaldigital


TEMA 12. CONVERSORES D/A Y A/DTEMA 12. CONVERSORES D/A Y A/D

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

�� SeSeññales analales analóógicas (continuas) y digitales (gicas (continuas) y digitales (nnºº finito de valores)finito de valores)

�� Ventajas del Ventajas del procesado digitalprocesado digital de sede seññales:ales:

�� El procesado de datos digitales es mEl procesado de datos digitales es máás completo, ms completo, máás barato y s barato y mas rmas ráápido pido �� mmáás eficiente que el anals eficiente que el analóógicogico

�� Mucha mayor facilidad de transmisiMucha mayor facilidad de transmisióónn

�� Los circuitos digitales son mLos circuitos digitales son máás fiabless fiables

�� El almacenamiento es mEl almacenamiento es máás compactos compacto

�� Las magnitudes fLas magnitudes fíísicas con las que convivimos son analsicas con las que convivimos son analóógicas o gicas o continuas (continuas (TTªª, presi, presióón, velocidad, voltaje, n, velocidad, voltaje, etcetc) )

�� TambiTambiéén la percepcin la percepcióón de los sentidos del ser humano n de los sentidos del ser humano




� Necesario convertir seNecesario convertir seññales analales analóógicas a digitales y viceversagicas a digitales y viceversa

http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/sist_digit/image018.jpg




�� DIGITALIZACIONDIGITALIZACION: La representaci: La representacióón digital de una cantidad analn digital de una cantidad analóógica gica

�� Muestreo de valores en tiempoMuestreo de valores en tiempo�� DigitalizaciDigitalizacióón de los valores: suponen de los valores: suponeun redondeo en su valor, estando la un redondeo en su valor, estando la precisiprecisióón determinada por el nn determinada por el núúmero mero de bits consideradode bits considerado

�� Se define la Se define la resoluciresolucióónn comocomo

siendo siendo nn el nel núúmero de bitsmero de bits

1

2 1n=

−

http://2.bp.blogspot.com/_Sb4aoWqhThY/S99T4vz6k-I/AAAAAAAABzY/6JcgGuof_aQ/s1600/muestreo.png




�� El principio de operaciEl principio de operacióón de los circuitos conversores se basa en los n de los circuitos conversores se basa en los mismos postulados de la representacimismos postulados de la representacióón binaria de cantidadesn binaria de cantidades

�� Toda representaciToda representacióón de nn de núúmeros no es mmeros no es máás que una suma s que una suma ponderadaponderada

1

0

2n

ii

i

� a−

=

=∑



CONVERSORES DE DIGITAL A ANALCONVERSORES DE DIGITAL A ANALÓÓGICOGICO

�� Vamos a convertir un nVamos a convertir un núúmero de n bits en un valor tensimero de n bits en un valor tensióón analn analóógicogico

�� Conversor de resistencias ponderadasConversor de resistencias ponderadas

R 0

V 0

2R

R 2i-1R 2

n-2R

2 n-1R

A

a0 a1 a n-i a n-2 a n-1

-

+ I

�� La tensiLa tensióón en la salida sern en la salida seráá

�� La sensibilidad del circuito puede verse afectada por la disperLa sensibilidad del circuito puede verse afectada por la dispersisióón de n de los valores elevados de resistencia para los bits menos significlos valores elevados de resistencia para los bits menos significativosativos

00 0 12

R

n

V RV R I � k�

R−

−= − = =

D. Pardo, et al. 1999




�� Conversor de red en escaleraConversor de red en escalera

�� La disposiciLa disposicióón de las resistencias hace que desde cualquiera de los n de las resistencias hace que desde cualquiera de los nodos se vea una resistencia equivalente hacia el amplificador dnodos se vea una resistencia equivalente hacia el amplificador de 2R, y e 2R, y hacia atrhacia atráás tambis tambiéénn

�� De este modo, la resistencia vista desde cada nodo es RDe este modo, la resistencia vista desde cada nodo es R

�� La salida serLa salida seráá

donde k puede ajustarse a travdonde k puede ajustarse a travéés de s de VVRRy la ganancia del amplificadory la ganancia del amplificador

R 0 = 3R

V 0 R R R R 2R

2R 2R 2R 2R 2R

A

I

a 0 a n-3 a n-2 a n-1

-

+

Nodo 0

Nodo n-1

1

01 0

2 2 2 2n n

i n i nR n i R i Ri i

V V a V a V � k�−

− − −

−

= =

= − = − = − =∑ ∑





�� En el caso de seEn el caso de seññales codificadas (ales codificadas (ej.ej., BCD) el proceso es similar, BCD) el proceso es similar

R0

Rs Rs

4R 2R R

8R 4R 2R

R 8R

a2,0 a2,3 a2,2

4R 2R R

8R

a1,0 a1,3 a0,2 a1,2 a1,1 a0,0 a0,3 a0,1

Al amplificador

Centenas Decenas Unidades

a2,1

�� La rapidez de estos circuitos estLa rapidez de estos circuitos estáá marcada por el amplificador de marcada por el amplificador de salidasalida

�� Dado que la seDado que la seññal se recibe en paralelo, son capaces de trabajar a al se recibe en paralelo, son capaces de trabajar a altas frecuencias (especialmente los de red en escalera, al emplaltas frecuencias (especialmente los de red en escalera, al emplear ear resistencias menores)resistencias menores)




CONVERSORES DE ANALCONVERSORES DE ANALÓÓGICO A DIGITALGICO A DIGITAL

�� A partir de una seA partir de una seññal analal analóógica, el objetivo es generar un conjunto gica, el objetivo es generar un conjunto de bits que la representede bits que la represente

�� La resoluciLa resolucióón estn estáá limitada por el nlimitada por el núúmero de bits elegidomero de bits elegido

�� Conversor por comparaciones sucesivas: se basa en el siguiente Conversor por comparaciones sucesivas: se basa en el siguiente algoritmo (para 2 bits)algoritmo (para 2 bits)

10

10

01

00

01

10

11

<3/4

<1/2

<1/4

≥1/4

≥3/4

≥1/2





�� Conversor A/D por comparaciones sucesivasConversor A/D por comparaciones sucesivas

Reloj Registro de desplazamiento

de n bits

Registro de almacenamiento

de n bits Programa-

dor

Lógico

a0

a1

an-2

an-1

Conversor D → A

Vin (analog.)

VR (referencia)

Comp.

Start

•• El programador lEl programador lóógico gico genera la secuencia 100genera la secuencia 100…… y la y la transfiere al registrotransfiere al registro

•• Se convierte el nSe convierte el núúmero a mero a analanalóógico y se compara con la gico y se compara con la tensitensióón de entradan de entrada

•• El resultado hace que se El resultado hace que se conserve o no el primer conserve o no el primer nnúúmero significativo en el mero significativo en el programador y se pase a programador y se pase a poner el siguiente poner el siguiente bitbit a 1, a 1, volviendo a efectuarse una volviendo a efectuarse una comparacicomparacióónn

•• Se prosigue la secuencia Se prosigue la secuencia hasta completar los n bitshasta completar los n bitsD. Pardo, et al. 1999




�� El conversor A/D por El conversor A/D por comparaciones sucesivas comparaciones sucesivas presenta un inconveniente: presenta un inconveniente: velocidad reducidavelocidad reducida

�� Puede mejorarse la Puede mejorarse la velocidad efectuando las velocidad efectuando las comparaciones de manera comparaciones de manera simultsimultááneanea para obtener los n para obtener los n bits en paralelo, lo cual bits en paralelo, lo cual aumenta notablemente la aumenta notablemente la complejidad del circuitocomplejidad del circuito

R

R

R

R

R

Vref. Vin

2n-1

2n-2

1

0

Comparadores

Analógicos

Circuito

de

codificación

An-1

An-2

A1

A0





�� Conversor A/D con Conversor A/D con contador en rampacontador en rampa

�� El programador lEl programador lóógico es sustituido por un contador debidamente gico es sustituido por un contador debidamente controladocontrolado

Reloj Contador de n bits

a0

a1

an-2

an-1

Conversor D → A

Vin (analog.)

Comp.

Stop

Start

Reset Re g i s t r o





�� Conversor A/D con contador en rampaConversor A/D con contador en rampa

�� Se puede mejorar este diseSe puede mejorar este diseñño con un o con un contador up/contador up/downdown

Reloj Contador up/down de n bits

a0

a1

an-2

an-1

Conversor D → A

Vin (analog.)

Compar.

�� El contador puede ir hacia delante y atrEl contador puede ir hacia delante y atráás, mejorando la eficiencia s, mejorando la eficiencia de la comparacide la comparacióónn

�� El El bitbit menos significativo es inestable, por lo que se suelen disemenos significativo es inestable, por lo que se suelen diseññar ar con un con un bitbit mmáás de los deseadoss de los deseados





�� Un Un úúnico conversor A/D puede convertir varias senico conversor A/D puede convertir varias seññales con la ayuda ales con la ayuda de un multiplexorde un multiplexor

�� Es necesario tambiEs necesario tambiéén un muestreadorn un muestreador--mantenedor, que muestrea mantenedor, que muestrea cada secada seññal y mantiene su valor hasta que pueda ser aplicada a la al y mantiene su valor hasta que pueda ser aplicada a la entrada del conversor A/Dentrada del conversor A/D

�� La frecuencia de las seLa frecuencia de las seññales analales analóógicas no puede ser excesivamente gicas no puede ser excesivamente grandegrande

Conversor A/D Sistema

electrónico Multiplexor Entradas

analógicas

Muestreo y retención

Selección de canal

Control de muestreo-retención

v1

vn



� Agradecimientos� Daniel Pardo Collantes, Área de Electrónica, Departamento de Física Aplicada de la

Universidad de Salamanca.

� Referencias� Pardo Collantes, Daniel; Bailón Vega, Luís A., “Elementos de

Electrónica”.Universidad de Valladolid. Secretariado de Publicaciones e Intercambio Editorial.1999.

� http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/sist_digit/image018.jpg� http://2.bp.blogspot.com/_Sb4aoWqhThY/S99T4vz6k-

I/AAAAAAAABzY/6JcgGuof_aQ/s1600/muestreo.png

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