DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE ING. EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN CONSULTA 2 ASIGNATURA: ELECTRÓNICA II Unidad III
TEMA: CONVERSOR ANÁLOGO DIGITAL. (ACD) Hrs. de la asignatura 6 Hrs (4 Teoría , 2 Laboratorio)
Responsable de la Práctica: Ing. José Bucheli Nombre del Estudiante
Christian Chasi
Fecha de envío de la consulta: 20 de Febrero del 2015 Fecha de entrega de la práctica: 24 de Febrero del 2015 ELECTRÓNICA II
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CONVERSORES TIPO ADC Los dispositivos ADC convierten un nivel de tensión analógico en una palabra digital correspondiente. Si n es el número de bit obtenidos de la palabra, esto significa que habrá 2n niveles de tensión diferentes Todo convertidor ADC debe procurar que el conjunto de bit obtenidos a la salida sea un reflejo lo más exacto posible del valor analógico correspondiente. Se usan un gran número de métodos para convertir señales analógicas a la forma digital, los que más usados son: Rampa de escalera, aproximaciones sucesivas, paralelo (flash), doble rampa, voltaje a frecuencia, tipo serie. En la práctica se utilizará el ADC 0808 que es un convertidor análogo a digital de 8 bits con 8 canales de conversión y con una lógica de control compatible con microprocesador, utiliza aproximaciones sucesivas. Es necesario que el ADC tenga una señal de reloj para hacer las conversiones
F igu ra 1.-Di git ali zación de un a señ al an alógica por un converti dor A /D de 4 bits (16 estados).
CONVERTIDORES DE INTEGRACIÓN SIMPLE RAMPA. Se basa en la comparación de la señal analógica de entrada con una señal de rampa definida con precisión. (Fig 2). Se comienza activando un pulso de inicio en la lógica de control, con esta acción el contador se inicializará en cero, entregando en sus salidas el código binario del cero digital. La secuencia pasa directamente como entrada paralelo al DAC que responde con 0 [V] a la salida. Esta señal es usada como entrada de referencia a un comparador, el cual compara la magnitud de la señal analógica de entrada con el valor entregado por el conversor. Si el comparador entrega un”1”, entonces el reloj continuará alimentando al comparador, si entrega un”0”, el contador se detendrá. La cuenta terminará cuando la respuesta del DAC sea mayor que la entrada de la señal analógica. En este caso, el reloj se detendrá y se tendrá la salida digital del valor de cuenta anterior.
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F igu ra 2.-Conversor de rampa escalera.
DOBLE RAMPA. El sistema funciona en dos partes en el tiempo proporcionando dos rampas distintas.
La entrada es la señal analógica VA que se desea digitalizar. Dura un tiempo fijo Tf. Tiene como entrada -VREF y el tiempo es variable. Se supone VA>0.
Durante el primer período de tiempo la salida será: V1= t .V A /RC, debido a que el condensador está descargado al comenzar la conversión mediante el interruptor que tiene en paralelo. En el segundo tramo, al conmutar la entrada ésta se hace negativa lo que implica una pendiente positiva. Sin considerar las condicion es iniciales la salida sería:
En este sistema el reloj debe tener una Fr constante durante el tiempo de conversión. Los convertidores de este tipo son lentos: unas 30-40 conversiones por segundo, es decir de 3040 mseg lo cual permite que el oscilador es muy sencillo del tipo RC.
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F igu ra 3.-Conversor de doble rampa escalera.
CONVERSIÓN POR APROXIMACIONES SUCESIVAS (SAR) Se caracteriza por incluir un registro de aproximaciones sucesivas que contiene las distintas aproximaciones de la palabra digital. El funcionamiento del SAR de o 8 bits, (Fig 4) se ilustra convirtiendo a digital una tensión analógica de 3,7 V sobre un fondo de escala en la entrada de 10 V. Inicialmente se pone 1 el MSB, Q7=1, y el resto 0, y antes de llegar el impulso de disparo a D8, todos los FF “D” ofrecen salida nula. Se convierte a analógica la palabra digital resultante (10000000) y se compara con la señal a convertir (3,7 V). Como la tensión equivalente a la palabra digital (5 V) es superior, la salida del comparador es un “1”; C7=1 como resultado de la propagación del “1” por la cadena D. Entonces Q7=0 y Q6=1; se convierte a analógica la palabra digital y así sucesivamente hasta que el “1” se ha propagado 8 veces por la cadena D.
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F igu ra 4.-CAD de aproximacion es sucesivas de 8 bits; esquema in terno.
LA TABLA 1: PROCESO COMPLETO DE CONVERSIÓN DE 8 CICLOS DE RELOJ HASTA EL FIN DE LA CONVERSIÓN.
Tabl a1.-Conversión de la tensión con un a entrada de 3,7 V.
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CONVERTIDOR TIPO FLASH O PARALELO Existen dos señales, la señal analógica que se debe convertir y una señal de referencia. En la configuración básica, la señal analógica se aplica a las puertas no inversoras de un cierto número de amplificadores operacionales que, utilizados como comparadores, están dispuestos en paralelo, a la entrada de un decodificador (Fig. 5). A la entrada inversora de cada comparador se aplica la tensión de referencia, que a su vez ataca una red de resistencia de valor idéntico y dispuesto en serie. El resultado es la diferencia de tensión entre dos comparadores sucesivos es de 1 LSB. La estructura flash depende precisamente del elevado número de comparadores necesarios a medida que aumenta el número de bits que se desea obtener a la salida. El número de éstos es 2n−1, donde n es el número de bits de salida, los conversores de tipo flash ven limitada su resolución por su elevada integración.
F igu ra 5.-Esquema in tern o de un CAD de comparadores en par alelo (CAD de tipo “flash”).
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CONCLUSION Los sistemas ADC son necesarios cuando se realiza procesamiento digital de señales, se utilizan en sistemas de instrumentación y adquisición de datos. Cada convertidor posee sus propias características y parámetros que lo definen. La arquitectura más extendida entre los ADC es la basada en el método de las aproximaciones sucesivas. Su éxito se fundamenta en conseguir tanto una resolución como una velocidad aceptable para una gran variedad de aplicaciones. Los conversores se han enfrentado siempre a la dualidad velocidad y resolución, las diversas estructuras desarrolladas permiten adaptar un modelo para cada aplicación. Las configuraciones más frecuentes, atendiendo a criterios de velocidad, son: conversores lentos (de 1 a 100ms), que incluyen dispositivos de rampa y de escalera; abarcan los denominados aproximaciones sucesivas; y los rápido s (entre 25 Mhz), paralelo.
BIBLIOGRAFÍA
http://quidel.inele.ufro.cl/~jhuircan/PDF_CTOSII/ad03.pdf http://www2.uca.es/grupinvest/instrument_electro/ppjjgdr/Electronics_Instrum/Electro nics_Instrum_Files/temas/T11_CAD.pdf http://es.scribd.com/doc/237472993/Conversores-Analogico-Digital#scribd http://www.monografias.com/trabajos96/conversores-digitales-analogicos-yconversores-analogicos-digitales/conversores-digitales-analogicos-y-conversoresanalogicos-digitales.shtml https://www.picotech.com/download/manuals/adc20.es-4.pdf http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/sbas457d/sbas457d.pdf
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