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Conversores Digitales-Conversores Digitales-Analógicos y Analógicos-Analógicos y Analógicos-

DigitalesDigitales

Sistemas DigitalesSistemas Digitales

Unidad Temática XUnidad Temática X

Ing. Víctor OcampoIng. Víctor Ocampo

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Conversores Analógicos-Conversores Analógicos-DigitalesDigitales

(Analog-to-Digital Converters – (Analog-to-Digital Converters – ADCs)ADCs)

ObjetivosObjetivos

Comprender el proceso de digitalización de señales analógicas.

Estudiar varias técnicas para la conversión A/D. Conocer los distintos tipos de ADCs.

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Conversión de analógico a digital. Clasificación de ADCs. ADC de rampa digital. ADC de aproximaciones sucesivas. ADC paralelo. Aplicaciones. Circuito de muestreo y retención (Sample & Hold). Circuito multiplexado.

TEMARIOTEMARIO

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Señales Analógicas ySeñales Analógicas y DigitalesDigitales

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Una señal analógica toma un continuo de valores a lo largo del tiempo.

Una señal digital toma valores discretos a lo largo del tiempo.

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Sistema analógico-digitalSistema analógico-digital

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SISTEMA DIGITAL (PC-

MICROCONTROLADOR-CHIP DSP-HARWARE)

VARIABLE FÍSICA (Temperatura, presión,

humedad, tensión, corriente, luz, etc)

CONTROL DE UNA VARIABLE

FÍSICA

ADC DACTRANSDUCTOR ACTUADOR

ENTRADAS DIGITALES

(Bits)

SALIDAS DIGITALES

(Bits)

SALIDA ANALÓGICA (Tensión o corriente)

ENTRADA ANALÓGICA (Tensión o corriente)

PROCESAMIENTO DIGITAL DE SENALES (DSP)

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Conversión Analógica –Conversión Analógica – DigitalDigital

•PROCESO DE TOMAR UN VALOR DE TENSIÓN ANALÓGICA DE ENTRADA Y DESPUÉS DE CIERTO TIEMPO, PRODUCE UN CÓDIGO DE SALIDA DIGITAL QUE REPRESENTA LA ENTRADA ANALÓGICA.

•PROCESO MÁS COMPLEJO Y LARGO QUE DAC. SON EJECUTADOS POR CI.

•EL ESTUDIO DE LAS TÉCNICAS DE CONVERSIÓN INDICA LOS FACTORES DETERMINANTES DEL RENDIMIENTO DEL ADC.

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Muestreo y CuantizaciónMuestreo y Cuantización

Una señal analógica se cuantifica al asociar sus diferentes valores con un conjunto de valores discretos, el total de valores depende del número de bits utilizador.

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Circuitos de ADCCircuitos de ADC

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ADC de Rampa DigitalADC de Rampa Digital

INICIO

VAX

FDC

RESET

SE APLICA PULSO INICIO=1 => CONT=0.

ENTRADAS DAC=0 =>VAX=0.

VA > VAX => FDC=1.

INICIO=0 => RELOJ AL CONT.

INC. CONT. => VAX AUMENTA EN 1 PASO.

CUANDO VAX >= VA => FDC=0 Y NO CONT.

VA

+

VA

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ADC de Rampa DigitalADC de Rampa Digital

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ADC de Rampa DigitalADC de Rampa Digital

Res (ADC) = Res (DAC) o Res (ADC) = N

Tiempo de conversión tc depende de Va

Vax es forma de onda en escalera que aumenta en pasos discretos hasta que alcanza un valor mayor que Va.

Desventaja: tc se duplica por cada bit que se agrega al Contador.

N tc (ADC)Res %

LA RESOLUCIÓN SE HACE MÁS FINA

Inadecuado para señales periódicas de frecuencias altas o de cambios rápidos. Optimo para señales de bajas frecuencias por su simplicidad.

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ADC de Aproximaciones SucesivasADC de Aproximaciones Sucesivas

•Usa un algoritmo de prueba y error: se comienza con el MSB=“1”, si la salidaestá todavía por debajo de la entrada, queda confirmado el bit, si es superior, esMSB=“0” y se ensaya el siguiente.•Cada ciclo, se obtiene un bit, por lo que tardará N ciclos de reloj la conversión.•Se obtienen velocidades de conversión medias-altas por lo que es un buencandidato para ser empleado en tarjetas A/D.

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ADC de Aproximaciones SucesivasADC de Aproximaciones SucesivasINICIO

FIN

BORRAR TODOS LOS BITS

COMENZAR CON MSB

PONER BIT = 1

PONER DE NUEVO EL BIT EN 0

SE TOMARON TODOS LOS

BITS?

VAX > VA?

CONVERSIÓN COMPLETA Y RESULTADO EN REGISTRO

IR AL SIG. BIT DE MENOR ORDEN

SI

SI

NO

NO

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ADC de Aproximaciones SucesivasADC de Aproximaciones Sucesivas

Tiempo de conversión tc es independiente de Va, es siempre el mismo, es el tiempo que tarda en procesar todos los bits del DAC.

tc (ADC) = N . 1 ciclo de reloj

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ADC Paralelo (Flash)ADC Paralelo (Flash)

SALIDA DIGITAL

ENTRADA ANALÓGICA

• Es el más rápido.• Supone 2N resistencias y 2N-1 comparadores.• La complejidad del circuitocrece demasiado paravalores de N superiores a 7 u 8.• De utilidad para muestreode señales rápidas, etc.

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ADC Paralelo (Flash)ADC Paralelo (Flash)

Tiempo de conversión tc depende de los tiempos de propagación en los circuitos.

Es el ADC más rápido.

No utiliza señal de reloj. No requiere sincronización.

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Sigma-Delta design.• The sigma-delta ADC – also called delta-sigma – uses a different approach. We

can divide it into two major blocks: analog modulator, which takes the analog signal and converts it into a stream of bits, and digital filter, which converts the serial stream from the modulator into a “usable” digital number.

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ADC Delta-Sigma(ADC Delta-Sigma(Δ-Σ)Δ-Σ)

•Se trata de un convertidor de 1 solo bit que muestrea a gran velocidad. Lasecuencia binaria es filtrada digitalmente para obtener el valor medio conmayor precisión.•A mayor precisión, mayor tiempo de conversión. Se puede variardinámicamente, por lo que es un convertidor intermedio entre los de doblerampa y los flash.

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Muestreo y Retención (Sample & Hold)Muestreo y Retención (Sample & Hold)

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