CONVERTIDORES DIGITAL – ANALÓGICO
Las dos operaciones E/S relativas al proceso de mayor importancia son la conversión de digital a analógico D/A y la conversión de analógico a digital A/D.
Básicamente, la conversión D/A es el proceso de tomar un valor representado en código digital (código binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. Este voltaje o corriente es una cantidad analógica, ya que puede tomar diferentes valores de cierto intervalo.
DAC de 4bits. “A” es el LSB y “D” es el MSB.
Las entradas digitales D, C, B y A se derivan generalmente del registro de salida de un sistema digital. Los 24 = 16 diferentes números binarios representados por estos 4 bits se enlistan en la tabla siguiente. Por cada número de entrada, el voltaje de salida del convertidor D/A es un valor distinto. De hecho, el voltaje de salida analógico Vout es igual en voltios al número binario (no es así en todos los casos). También podría tener dos veces el número binario o algún otro factor de proporcionalidad. La misma idea sería aplicable si la salida del D/A fuese la corriente Iout.
Entrada digital | Salida analógica |
D | C | B | A | Vout en voltios |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
0 | 0 | 1 | 1 | 3 |
0 | 1 | 0 | 0 | 4 |
0 | 1 | 0 | 1 | 5 |
0 | 1 | 1 | 0 | 6 |
0 | 1 | 1 | 1 | 7 |
1 | 0 | 0 | 0 | 8 |
1 | 0 | 0 | 1 | 9 |
1 | 0 | 1 | 0 | 10 |
1 | 0 | 1 | 1 | 11 |
1 | 1 | 0 | 0 | 12 |
1 | 1 | 0 | 1 | 13 |
1 | 1 | 1 | 0 | 14 |
1 | 1 | 1 | 1 | 15 |
RESOLUCIÓN DE UN DAC
Se define como la mínima variación que puede ocurrir en la salida analógica como resultado de un cambio en la entrada digital. En el caso anterior, se observa que la resolución es de 1V. Aunque la resolución puede expresarse como la cantidad de voltaje o corriente por etapa, resulta más útil expresarla como un porcentaje de la salida de escala completa. El DAC descrito en la tabla tiene una escala de 15 - 0 = 15V, el tamaño de la etapa es de 1V (la etapa es el cambio de la señal de salida ante un cambio de la señal de entrada de un valor a otro consecutivo).
La expresión que define a la resolución de un DAC es la siguiente:
DAC construido con un amplificador operacional
Existen varios métodos y circuitos para producir para producir la operación D/A que se ha descrito. Uno de ellos es el que se muestra en la figura anterior. Las entradas A, B, C y D son entradas binarias que se suponen tienen valores 0V o 5V. El amplificador operacional sirve como amplificador sumador, el cual produce la suma con valor asignado de estos voltajes de entrada.
La expresión que describe la operación de este DAC es la siguiente:
Vout = -( Rf/R1 Vd + Rf/R2 Vc + Rf/R3 Vb + Rf/R4 Va )
Se dispone de una amplia variedad de DAC como circuitos integrados o bien como paquetes encapsulados auto contenidos. Uno debe estar familiarizado con las especificaciones más importantes de los fabricantes a fin de evaluar un DAC en una determinada aplicación.
-Resolución Como se mencionó antes, la resolución porcentual de un DAC depende únicamente del número de bits. Por esta razón, los fabricantes por lo general especifican una resolución de DAC como el número de bits. Un DAC de 10 bits tiene una resolución más sensible (mayor exactitud) que uno de 8 bits.
- Precisión Los fabricantes de DAC tienen varias maneras de especificar la precisión o exactitud. Las dos más comunes se las llama Error de Escala Completa y Error de Linealidad, que normalmente se expresan como un porcentaje de la salida de escala completa del convertidor (%FS).
El error de escala completa es la máxima desviación de la salida del DAC de su valor estimado (teórico).
E1 error de linealidad es la desviación máxima en el tamaño de etapa del teórico. Algunos de los DAC más costosos tienen errores de escala completa y de linealidad en el intervalo 0.01% - 0.1%.
-Tiempo de respuesta La velocidad de operación de un DAC se especifica como tiempo de respuesta, que es el tiempo que se requiere para que la salida pase de cero a escala completa cuando la entrada binaria cambia de todos los ceros a todos los unos. Los valores comunes del tiempo de respuesta variarán de 50ns a 10ms. En general, los DAC con salida de corriente tendrán tiempos de respuesta más breves que aquellos con una salida de voltaje. Por ejemplo, el DAC 1280 puede operar como salida de corriente o bien de voltaje. Su tiempo de respuesta a su salida es 300ns cuando se utiliza salida de corriente 2.5ms cuando se emplea salida de voltaje. El DAC 1280 es un convertidor D/A construido con un amplificador sumador.
-Voltaje de balance En teoría, la salida de un DAC será cero voltios cuando la entrada binaria es todos los ceros. En la práctica, habrá un voltaje de salida pequeño producido por el error de desbalance del amplificador del DAC. Este desplazamiento es comúnmente 0.05% FS. Casi todos los DAC con voltaje tendrán una capacidad de ajuste de balance externo que permite eliminar el error de desbalance.
Los DAC se utilizan siempre que la salida de un circuito digital tiene que ofrecer un voltaje o corriente analógico para impulsar o activar un dispositivo analógico. Algunas de las aplicaciones más comunes se describen a continuaciones.
-Control: la salida digital de una computadora puede convertirse en una señal de control analógica para ajustar la velocidad de un motor, la temperatura de un horno o bien para controlar casi cualquier variable física.
-Análisis automático: las computadoras pueden ser programadas para generar las señales analógicas (a través de un DAC) que se necesita para analizar circuitos analógicos. La respuesta de salida analógica del circuito de prueba normalmente se convertirá en valor digital por un ADC y se alimentara a la computadora para ser almacenada, exhibida y algunas veces analizada.
-Control de amplitud digital: un DAC multiplicativo se puede utilizar para ajustar digitalmente la amplitud de una señal analógica. Recordemos que un DAC multiplicativo produce una salida que es el producto de un voltaje de referencia y la entrada binaria. Si el voltaje de referencia es una señal que varía con el tiempo, la salida del DAC seguirá esta señal, pero con una amplitud determinada por el código de entrada binario. Una aplicación normal de esto es el “control de volumen” digital, donde la salida de un circuito o computadora digital puede ajustar la amplitud de una señal de audio.
CIRCUITO DE FILTRO PASA BAJAS:
El circuito pasa bajas es un filtro el cual esta formado por una resistor y un capacitor conectados en serie, como se muestra en el gráfico más abajo.
El filtro paso bajo permite sólo el paso de frecuencias por debajo de una frecuencia en particularllamada frecuencia de corte (Fc) y elimina las frecuencias por encima de esta frecuencia.
CIRCUITOS DE MUESTREO Y RETENCIÓN:
El muestreo y retención son circuitos los cuales estan formado por una entrada y una salida que dispone de una entrada de control como a continuación se muestra una imagen.
Las señales de este circuito son periódicas, teniéndolos estables a su salida el tiempo necesario para que el ADC realice la conversión, el momento en el que se toman los valores(instantes de muestreo) y el tiempo que son retenidos están marcados por una señal de control.
En el siguiente diagrama observen la utilización de ello:
La figura muestra un diagrama de bloques simplificado de un solo canal,sistema PCM sencillo. El filtro pasa bajo limita la senal analogica de entrada a la proporción de la frecuencia de la banda de voz estandar, de 300 a 3000 Hz. El circuito de muestreo y retencion periodicamente prueba la entrada de informacion analogica y convierte esas muestras en una señal PAM de multinivel. El convertidor analogico a digital (ADC) convierte las muestras PAM a un flujo de datos binarios seriales para transmision.El medio de transmision es un cable metalico o fibra optica.En el lado de la recepción, el convertidor digital a analogico(DAC) convierte el flujo de datos binarios seriales a una senal PAM de multinivel. El circuito de retencion y el circuito passa bajas convierten a la senal PAM nuevamente en su forma analógica original.Un circuito integrado que realiza la codificación y codificación PCM, se llama un codec (codificador/decodificador).
CIRCUITO CONTADOR Y COMPARADOR DE NIVEL (CUANTIFICACION Y CODIFICACIÓN)
El circuito contador es secuencial de aplicación general, cuyas salidas representan en un determinado código el numero de pulsos que se meten a la entrada
Están constituidos por una serie de biestables conectados entre si de modo que las salidas de estos cambian de estado cuando se aplican impulso. a la entrada.
La capacidad de un contador es el numero mas elevado, expresado en cualquiera de los códigos binarios, que puede ser representado en sus salidas.
El circuito comparador de nivel funciona y analiza una señal y la compara con otra emitiendo un resultado digital estos circuitos tambien suelen ser de codigos binarios como se muestra en el siguiente circuito.
