DEFINICION: Un convertidor es un dispositivo dispositivo para convertir datos digitales en
señales de corriente o de tensión analógica. Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensión, tensión, que tiene una tensión tensión de de referencia estable y fija como entrada. Se utilizan abundantemente en los reproductores de discos d iscos compactos, reproductores de sonido ,cintas de vídeo digitales, y en los equipos de procesamiento de señales digitales de sonido y vídeo. CARACTERISTICAS:
RESOLUCION: número máximo de bits de salida (la salida digital). Este dato permite determinar el número máximo de combinaciones en la salida digital. Este número máximo está dado por: 2n donde n es el número de bits. Resolución = VoFS / [2n - 1] Donde: - n = número de bits del convertidor - VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para obtener una conversión máxima (todas las salidas son "1") PRECISION: Las dos más comunes se les llama Error de Escala Completa y Error de Linealidad TIEMPO DE RESPUESTA: RESPUESTA: La velocidad de operación. VOLTAJE DE BALANCE: voltaje de salida. •
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TIPOS a) Propósito general (8-12b) b) Alta resolución (12-24b) c) Alta velocidad (5ns)
CIRCUITOS Y ANÁLISIS DAC DE RESISTORES PONDERADOS Consiste en utilizar una serie de fuentes de corriente ponderadas que ocurren a un nodo sumador de corrientes. Cada corriente se conmuta en función del valor del bit correspondiente. Esta idea se implementa con resistencias y llaves analógicas, como se muestra en la figura.
DAC DE RED EN ESCALERA R-2R La ventaja del arreglo R-2R es el manejo de solo dos valores de resistores lo que facilita la construcción del dispositivo. La conversión D/A se lleva a cabo en la red resistiva; debe explicarse el análisis de las corrientes en los resistores R-2R para obtener las expresiones del funcionamiento del convertidor. La red resistiva R-2R tiene la particularidad de que cualquiera sea el número de secciones la resistencia vista (excepto al final) es R.
Un convertidor A/D toma un voltaje de entrada analógico y después de cierto tiempo produce un código de salida digital que representa la entrada analógica.
C ARACTERISTICAS
RESOLUCION: Es el número de bits que tiene la palabra de salida del convertidor TIEMPO DE CONVERSION: Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto TENSION DE FONDO: Es igual al voltaje de referencia, es el voltaje utilizado en el proceso de conversión y que sirve como referencia máxima. •
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TIPOS O CLASIFICACION
CONVERTIDORES FLASH (EN PARALELO) Consisten en una serie de comparadores que comparan la señal de entrada con una referencia para cada nivel. El resultado de las comparaciones ingresa a un circuito lógico que cuenta los comparadores activados. Las referencias para cada nivel se obtienen con un divisor resistivo múltiple. Los valores de las resistencias extremas difieren de las restantes para lograr que la conmutación de un código al siguiente se produzca a mitad de camino del intervalo que corresponde a ese código.
En el convertidor A/D flash la cantidad de comparadores y resistores para las tensiones de referencia se calculan con base en el número de bits n. No. de comparadores= 2n-1 No. de resistores= 2n El tiempo típico de conversión del ADC flash es de 20ns. Este convertidor no requiere de señal de reloj para realizar la conversión.
CONVERTIDOR DE APROXIMACIONES SUCESIVAS El funcionamiento, es el siguiente: tras una señal de inicio para la conversión, el registro aplica un 1 en el MSB (bit n) del conversor D/A y un 0 en el resto de los bits. La salida del D/A ante dicho código (1000...0) se ubica en la mitad de la escala (Vref / 2). Si vi > Vref / 2, el MSB queda fijado definitivamente en 1. Si, por el contrario, Vi < Vref / 2, el MSB vuelve a 0. En el paso siguiente, con independencia del valor fijado previamente para el MSB (bit n), el bit n-1 es llevado a 1.
Nuevamente, si Vi supera el valor que ante ese código (x100...0) genera el conversor D/A, el 1 se conserva, de lo contrario vuelve a 0. En el tercer paso se procede de igual manera: se lleva el bit n-2 a 1 y se compara la entrada con la salida del D/A ante ese código (xx10...0) y, según el resultado, se conserva el 1 o se lleva a 0. El proceso continúa hasta que se llega al LSB (bit 1). Una vez decidido el valor de éste, queda concluida la conversión. Con este tipo de conversor el tiempo de conversión es de n ciclos de reloj, en lugar de 2n (o aún mayor) como en los otros casos.
CONVERTIDOR DE RAMPA DISCRETA O DIGITAL
Operan generando un código digital que es aplicado como entrada a un conversor D/A. La salida de éste se compara con la entrada y, según el signo del error, se incrementa o no el código. El generador de código es un simple contador ascendente.
CONVERTIDOR DE BALANCE CONTINUO Es un contador capaz de contar hacia arriba o hacia abajo (up/down) según el nivel de una señal de control. Tendremos así un conversor que responde muy rápidamente a variaciones pequeñas.
CONVERTIDOR DE SIMPLE RAMPA En este tipo de conversores se utiliza un integrador con un capacitor que se carga a pendiente constante hasta alcanzar la tensión a convertir, instante en que cesa la integración. El tiempo requerido es proporcional a la tensión de entrada, y puede medirse con un contador que cuente ciclos de un reloj. El integrador comienza a integrar la tensión –Vref, obteniéndose: 1
=
∗
∗
CONVERTIDOR DE DOBLE RAMPA Este esquema permite independizarse de la precisión de f ck, R y C. La conversión se hace en dos etapas. En la primera se realiza una integración de la tensión de entrada durante un tiempo fijo, y en la segunda se produce la descarga, con pendiente fija, durante un tiempo que depende de la cantidad de carga acumulada. La conversión se realiza contando pulsos de reloj durante el tiempo de descarga del integrador hasta que éste retorna a 0. El ciclo comienza cuando se resetean, simultáneamente, el contador y el flip-flop FF.
CONVERTIDORES SIGMA -DELTA Estos convertidores digitalizan la señal con una muy baja resolución (1-bit) y con un ritmo de muestreo muy elevado (MHz). Estos tipos de convertidores son muy adecuados para conversiones donde la resolución es un factor muy importante y donde la frecuencia de las señales no es muy elevada, como puede ser el caso de utilidades de audio.
En un convertidor sigma-delta la señal analógica de entrada se conecta a un integrador cuya salida se compara con el voltaje de masa del sistema mediante un comparador. Éste último actúa como una ADC de 1-bit generando una salida binaria (+V o –V) dependiendo de si la salida del integrador es positiva o negativa. La salida del comparador pasa a través de un flip-flop de tipo D (con una señal de reloj de alta frecuencia) y realimenta otro canal del integrador, conduciendo a éste en la dirección de los 0V.
EJEMPLOS DE FUNCIONAMIENTO Convertidor Digital - Analógico de 4 bits
Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital) .Este número máximo está dado por: 2n donde n es el número de bits. Para hallar la resolución se utiliza la siguiente fórmula: Resolución = VoFS / [2n - 1]
EJEMPLO Se tiene un convertidor digital - analógico de 8 bits y el rango de voltaje de salida de 0 a 5 voltios. N Con n = 8, hay una resolución de 2 = 256 o lo que es o mismo: El voltaje de salida puede tener 256 valores distintos (contando el "0") También: resolución = VoFS / [ 2n - 1] = 5 / 28-1 = 5 / 255 = 19.6 mV / variación en el bit menos significativo. Con n = 4 bits, se consiguen 2n = 16 posibles combinaciones de entradas digitales La salida analógica correspondiente a cada una de las 16 combinaciones dependerá del voltaje de referencia que estemos usando, que a su vez dependerá del voltaje máximo que es posible tener a la salida analógica. Si el voltaje máximo es 10 Voltios, entonces el Vref. (voltaje de referencia) será 10 / 16 = 0.625 Voltios. Si el voltaje máximo es 7 voltios, Vref = 7 / 16 = 0.4375 Voltios.
Si el Vref = 0.5 Voltios:
CONVERTIDOR ANALÓGICO -DIGITAL (CAD) DE 4 BITS
Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital). Este número máximo está dado por: 2n donde n es el número de bits. Para hallar la resolución se utiliza la fórmula: Resolución = ViFS/[2n - 1]
EJEMPLO Con n = 4 y ViFS = 15 Voltios n 4 La resolución será = ViFS / [2 -1] = 15 / [2 1] = 15 / 15 = 1 voltio / variación en el bit menos significativo Esto significa que un cambio de 1 voltio en la entrada, causará un cambio del bit menos significativo (LSB) a la salida.
