Conversiones Digitales

INTRODUCCION

El desarrollo de los microprocesadores y procesadores digitales de la señal (DSP), ha permitido realizar tareas que durante años fueron hechas por sistemas electrónicos analógicos, por otro lado, como el mundo real es netamente análogo, una forma de enlazar las variables analógicas con los procesos digitales es a través de los sistemas llamados conversores de analógico-digital (ADC) y conversores digital-analógico (DAC).

Donde el objetivo básico de un ADC es transformar una señal eléctrica análoga en un número digital equivalente, de la misma forma, un DAC transforma un número digital en una señal eléctrica análoga. Esta función exige que los pasos intermedios se realicen de forma óptima para no perder información, según el tipo de componente y su aplicación existen distintos parámetros que lo caracterizan.

CONVERSION DE SEÑALES

COMPARACION ENTRE SEÑALES ANALOGICAS Y DIGITALES

Una señal analógica es aquella cuya amplitud (típicamente tensión de una señal que proviene de un transductor y amplificador) puede tomar en principio cualquier valor, esto es, su nivel en cualquier muestra no está limitado a un conjunto finito de niveles predefinidos como es el caso de las señales cuantificadas.

Las señales analógicas no se diferencian, por tanto, de las señales digitales en su precisión (precisión que es finita tanto en las analógicas como en las digitales) o en la fidelidad de sus formas de onda (distorsión). Con frecuencia es más fácil obtener precisión y preservar la forma de onda de la señal analógica original (dentro de los límites de precisión impuestos por el ruido que tiene antes de su conversión) en las señales digitales que en aquéllas que provienen de soportes analógicos, caracterizados típicamente por relaciones señal a ruido bajas en comparación.

CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL

La conversión analógica-digital (CAD) o digitalización Consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (como por ejemplo la encriptación o compresión). Al realizar la conversión, la señal resultante es más inmune al ruido y a otras interferencias. La conversión analógico-digital (o digitalización) se hace efectiva mediante la realización periódica de medidas de amplitud de la señal y su traducción a un lenguaje numérico. Existen cuatro procesos en la conversión analógica digital: 1. Muestreo y Retención: El muestreo (Sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toman estas muestras, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

La retención (Hold) se refiere a que las muestras tomadas han de ser retenidas por un circuito de retención, el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel en el proceso de cuantificación.2. Cuantificación: Se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida.3. Codificación: La codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también sonutilizados.4. Compresión: Si bien no es proceso que se pueda incluir en la conversión analógico digital, sí suele ser el destino de la señal digital que se obtiene de ella. Para reducir el tamaño de la cadena de valores binarios se comprime la señal según un determinado algoritmo matemático.

Figura1: conversor A/D

La conversión analógico-digital es esencialmente una operación de producir relaciones. La señal analógica de entrada vi se convierte en una fracción x comparándola contra una señal de referencia VI. La salida digital del convertidor es una representación codificada de esta fracción. La figura 10(a) ilustra esta relación fundamental. Si el código de salida del convertidor consiste de n bits, el número de niveles discretos de salida es fijado en 2n. Para una correspondencia uno-a-uno, el rango de entrada debe ser. Cuantificado usando este mismo número de cuantos. Cada nivel (cuanto) es el valor analógico por el cual difieren dos códigos adyacentes. Esto se conoce como tamaño del bit menos significativo (LSB por sus siglas en inglés).

Resolución del Convertidor

Este importante término de convertidores se define como el menor cambio requerido en la entrada analógica de un ADC para cambiar su código de salida por un nivel. Este es especificado generalmente asumiendo un convertidor ideal y por lo tanto refleja una capacidad del convertidor en vez de su funcionamiento real. Este puede ser en porcentaje de plena escala, en milivoltios para un rango de entrada dado, o simplemente y más comúnmente como el número de bits del convertidor.

Exactitud del convertidor

Para ADCS la exactitud se define como la diferencia entre la entrada real de voltaje y el equivalente pesado de plena escala del código de salida binario. Se llama exactitud absoluta cuando se expresa en voltios reales. Se especifica más comúnmente exactitud relativa a la señal analógica en tamaño LSB y es llamado exactitud relativa. En cualquier caso es la suma máxima de errores del convertidor, incluyendo el error de cuantificación. Las especificaciones de error de convertidores generalmente listan los errores individuales en tamaño LSB. Para convertidores que no requieren ajustes de offset o de ganancia por parte del usuario, los errores totales no-ajustados pueden ser especificados (por ejemplo +1/2 LSB para el ADC0816). La exactitud no siempre puede ser incluida en las especificaciones cuando los errores individuales son dados separadamente, pero se puede calcular fácilmente.

Tiempo de conversión y velocidad de procesamiento

Después que un ADC recibe una orden, este requiere un tiempo finito, llamado tiempo de conversión tc, antes de que el convertidor pueda producir datos de salida válidos. Los cambios del voltaje de entrada durant el proceso de conversión introducen tina incerteza indeseable en la salida generada. La exactitud deconversión plena se obtiene solo si esta incerteza se mantiene

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