Conversión digital-análoga y análogo-digital

Introducción

En la actualidad muchos equipos y dispositivos modernos requieren procesar las señales analógicas que reciben y convertirlas en señales digitales para poder funcionar. Esto se requiere más que todo en los dispositivos con sistemas de control para la automatización. También hay dispositivos que se usan para controlar un ambiente, y estos deben convertir señales digitales, en señales análogas para así funcionar. Para estos dispositivos, se necesitan circuitos de conversión, digital–análoga o análoga–digital, según sea el caso.

Aquí estudiaremos el funcionamiento de los conversores, los tipos de conversión y algunos circuitos de aplicación de los más importantes, para poder entender el uso correcto y posibles funciones que les podemos dar.

1. Conversión digital – análoga

En los sistemas digitales, la información que se está procesando se presenta en forma binaria; para actuar sobre el medio externo, debe ser convertida a un valor de tensión analógica capaz de ser procesada por un sistema electrónico como elemento actuador.

Los CDA efectúan sus conversiones recibiendo la información en forma serial o paralela. La decisión de emplearlos en serie o paralelo se basa en el uso final, como por ejemplo en instrumentos de medida como osciloscopios de almacenamiento digital se emplea la conversión de tipo paralela y en aplicaciones del control de proceso como válvulas se puede efectuar en forma serie.

El proceso es realizado por un conversor digital – analógico (CDA). Dicho proceso es justamente inverso al que realiza el conversor analógico – digital (CAD). Se parte de muestras en formato digital (valores discretos), y éstas se deben convertir en una señal analógica (valores continuos).

El conversor digital – análogo asocia a cada valor binario un nivel de tensión previamente establecido, y genera muestras de tensión utilizando dichos niveles, aplicando un intervalo de tiempo constante entre muestras.

Para ello, se debe unir cada muestra con la que le sucede. Dicha unión es necesaria para hacer que la señal vuelva a ser continua en el tiempo. Existen muchas técnicas que hacen esto posible. La más sencilla consiste en mantener el nivel de tensión de una muestra hasta que llegue la muestra siguiente. Otras técnicas más complejas emplean la muestra actual y las muestras anteriores para predecir la siguiente muestra.

Después de este proceso, la señal aún presenta cierto grado de distorsión. Por ello, se suele aplicar un proceso de filtrado que suaviza la señal. Si la frecuencia de muestreo y la resolución han sido apropiadas, la señal resultante será una buena reconstrucción de la señal original.

1.  Conversor Digital-Análogo (CDA)

Es un dispositivo que convierte señales digitales con datos binarios en señales de corriente o de tensión analógica. Hay distintos componentes que pueden intervenir en este proceso, como interruptores simples, red de resistores, fuentes actuales o condensadores. Un convertidor análogo-digital (ADC) realiza la operación inversa.

Los CDA se encuentran integrados en los ordenadores, tabletas y teléfonos inteligentes. Cualquier dispositivo que actúe como fuente de un sonido digital, ya sea un reproductor de CD o Blu-ray, consolas de vídeo-juego o equipos portátiles de audio, necesitan un conversor digital-analógico.

Los principales parámetros que definen un convertidor digital analógico son, en primer lugar, su resolución, que depende del número de bits de entrada del convertidor. Otra característica básica es la posibilidad de conversión unipolar o bipolar. Una tercera la constituye el código utilizado en la información de entrada -generalmente, los convertidores digitales analógicos operan con el código binario natural o con el decimal codificado en binario (BCD)-. El tiempo de conversión es otra particularidad que define al convertidor necesario para una aplicación determinada. Es el tiempo que necesita para efectuar el máximo cambio de su tensión con un error mínimo en su resolución. Otros aspectos que posee el convertidor son: su tensión de referencia, que puede ser interna o externa (si es externa puede ser variada entre ciertos márgenes); la tensión de salida vendrá afectada por este factor, constituyéndose éste a través de un convertidor multiplicador; así mismo, deberá tenerse en cuenta la tensión de alimentación, el margen de temperatura y su tecnología interna.

Los CDA se utilizan siempre que la salida de un circuito digital tiene que ofrecer un voltaje o corriente analógicos para impulsar o activar un dispositivo analógico. Algunas de las aplicaciones más comunes se describen a continuación:

• Control: La salida digital de una computadora puede convertirse en una señal de control, analógica, para controlar casi cualquier variable física.
• Análisis automático: Los ordenadores personales pueden ser programados para generar las señales analógicas (a través de un CDA) que se necesitan para analizar circuitos analógicos. La respuesta de salida analógica del circuito de prueba normalmente se convertirá en valor digital por un CAD.
• Control de amplitud digital: Un CDA multiplicativo se puede utilizar para ajustar digitalmente la amplitud de una señal analógica. Recordemos que éste genera una salida que es el producto de un voltaje de referencia y la entrada binaria. Si dicho voltaje es una señal que varía con el tiempo, la salida del CDA seguirá esta señal, pero con una amplitud determinada por el código de entrada binario. Una utilización normal de esta aplicación es el “control de volumen” digital, donde la salida de un circuito o computadora digital puede ajustar la amplitud de una señal de audio.
• Convertidores A/D: Varios tipos de convertidores A/D utilizan unos CDA que son parte de sus circuitos.

A continuación el esquema básico de un CDA:

[pic 1]

El registro acepta una entrada digital, sólo durante la duración de la señal convert. Después de la adquisición, el registro mantiene constante el número digital hasta que se reciba otro comando. Las salidas del registro controlan interruptores que permiten el paso de 0[V] o el valor de la fuente de voltaje de referencia. Los interruptores dan acceso a una red sumadora resistiva que convierten cada bit en su valor en corriente y a continuación la suma obteniendo una corriente total. El valor total alimenta a un amplificador operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de la salida.

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