FUNCIONAMIENTO DE LOS CONVERTIDORES A/D Y D/A

CONVERTIDORES ANALÓGICOS-DIGITALES (A/D)

Es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario, Se utiliza en equipos electrónicos como ordenadores, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.

Características de los convertidores:

Las principales características que podemos encontrar a la hora de seleccionar un convertidor son las siguientes:

Resolución.

Lineabilidad.

Precisión.

Impedancia.

Sensibilidad.

Sin embargo, cabe destacar otras no mencionadas:

El error de cuantificación: Este aparece como consecuencia de que un convertidor la continuidad de la señal analógica es dividida en una potencia de dos. De esta manera, todos los valores analógicos dentro de un rango están representados por lo único digital, normalmente asignado al valor medio del mismo.

Tiempo de conversión: Es el tiempo requerido por el conversor para entregar la palabra digital equivalente a la entrada analógica.

Funcionamiento:

Estos conversores poseen dos señales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una señal de entrada.

El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se puede saber, siempre y cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor análogo digital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de entre 0 y 5 voltios y su resolución será respectivamente:

Resolución = valor analógico / (2^8)

Resolución = 5 V / 256

Resolución = 0.0195v o 19.5mv.

Resolución = LSB

Lo anterior quiere decir que por cada 19.5 mili voltios que aumente el nivel de tensión entre las entradas nomencladas como "Vref+" y "Vref-" que ofician de entrada al conversor, éste aumentará en una unidad su salida (siempre sumando en forma binaria bit a bit). Por ejemplo:

Entrada - Salida

0 V - 00000000

0.02 V - 00000001

0.04 V - 00000010

1 V – 00110011


CONVERTIDORES DIGITALES-ANALÓGICOS (D/A)

Un convertidor digital-analogico (D/A) funciona mediante una suma ponderada de los dígitos de valor 1 se consigue, en forma muy simple, un conversor digital-analgico rápido; la ponderación puede hacerse con una serie de resistencias en progresión geométrica (cada una mitad de la anterior), lo cual obliga a utilizar un amplio rango de resistencias, o bien mediante una red R-2R que efectúa sucesivas divisiones por 2.

Puede convertirse una tensión en número binario utilizando un conversor opuesto D/A, a través de la comparación entre la tensión de entrada y la proporcionada por dicho conversor D/A aplicado a un generador d números binarios; se trata de aproximar el número-resultado a aquel cuya correspondiente tensión analógica es igual a la de entrada. La aproximacón puede hacerse d unidad en unidad, mediante un simple contador, o dígito a dígito mediante un circuito secuencial específico

En los sistemas digitales la precisión viene dada por la utlización de dos símbolos 1/0 y por la separación entre las tensiones que los representan. En cambio, en el tratamiento de tensiones analógicas y, por tanto, en los conversores D/A y A/D, hemos de preocuparnos de la precisión y de las diversas causas de error que le afectan: desplazamiento del origen, linealidad, resolución

Puede realizarse mediante un sencillo circuito sumador con resistencias ponderadas (según la relación R, R/2, R/4, R8, R/16...) como el de la figura:

Supuesto que las tensiones que corresponden a los valores booleanos sean 0 y +V: Vo = - (R' / R). (+V). (D0 + 2.D1 + 4.D2 + 8.D3 +... )

El último paréntesis de la expresión anterior expresa el valor del número binario ... D3 D2 D1 D0 y el factor inicial V.R'/R determina el valor de tensión asignado a cada unidad; las resistencias R' y R permiten ajustar dicho valor a la tensión unitaria que se desee.

Resulta un circuito sumamente sencillo para obtener una tensión analógica a partir de las tensiones de los dígitos binarios del número que se desea convertir. Habida cuenta de que la etapa sumadora es inversora, se obtendrá una tensión negativa, que puede transformarse fácilmente en positiva mediante una segunda etapa amplificadora inversora de ganancia unidad.

Las tensiones booleanas que presentan los diversos dígitos de un número binario (salidas de los correspondientes terminales del circuito digital, generalmente salidas de circuitos integrados) no ofrecen adecuada precisión: ambas tensiones, VoL ≈ 0 V y VoH ≈ +V, no son valores muy precisos.

Por ello, para aumentar la precisión del conversor, no se utilizan directamente las tensiones de los dígitos a convertir sino una tensión única de referencia de alta precisión, la cual se conecta (caso de dígito de valor 1) o no (valor 0) a las correspondientes resistencias sumadoras mediante interruptores; además, para disminuir los efectos capacitivos propios de los conmutadores y aumentar la velocidad de conmutación, ésta se efectúa entre dos posiciones de igual tensión.

Cada conmutador se conecta hacia la entrada del amplificador cuando el valor del correspondiente dígito es 1; en otro caso, se conecta directamente hacia la línea de 0 V. Vo = - (R' / R). Vref.. (D0 + 2.D1 + 4.D2 + 8.D3 +... )

La precisión de este conversor depende de la precisión de las resistencias y de la tensión de referencia así como de las características del amplificador operacional, especialmente en lo relativo a tensión y corrientes de offset.