Clase Dac Adc

CONVERTIDORES ANALÓGICO DIGITAL Y DIGITAL ANALÓGICO

M. en C. Joel Humberto Sánchez Paz ELECTRÓNICA II

TIPOS DE CANTIDADESDentro de la electrónica de casi todos los dispositivos, existen dos maneras de representar el valor numérico de las cantidades:

Cantidades analógicas: pueden variar gradualmente sobre un

intervalo de valores.

Cantidades digitales: pueden variar en valores discretos dentro de

ciertos rangos específicos.


TIPOS DE SISTEMASDe acuerdo a la clasificación que existe dentro de los tipos de cantidades, existen pues dos tipos de sistemas que trabajan con dichas cantidades:

Sistemas analógicos: es una combinación de dispositivos diseñada

para manipular cantidades físicas o información que esté representada

en forma analógica.

Sistemas digitales: es una combinación de dispositivos diseñada para

manipular cantidades físicas o información que esté representada en

forma digital.


ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN

Proceso de Conversión ADC y DAC

1. Transductor: Dispositivo que convierte variables físicas (temperatura, presión, intensidad de luz, señales de audio, velocidad) en eléctricas. Por ejemplo: termistores, fotoceldas, fotodiodos, medidores de flujo, tacómetros. La salida eléctrica del transductor es una corriente o voltaje analógico proporcional a la variable monitoreada.



2. ADC: Dispositivo que convierte señales analógicas de entrada en señales digitales de salida. Dicha salida consiste de un número de bits, que representan el valor de la entrada analógica.

3. PC: Comúnmente se utiliza para representar gráficamente los valores de salida del ADC y realizar algún posible proceso o análisis con ellos.


4. DAC: Dispositivo que convierte señales digitales de entrada en señales analógicas de salida. Dicha salida consiste de un voltaje o corriente analógico proporcional.

5. Actuador: Dispositivo o circuito que sirve para regular una o un conjunto de variables de un sistema.



CONVERSIÓN DIGITAL-ANALÓGICA (DAC)Es el proceso de tomar un valor representado en código digital (binario, hexadecimal) y convertirlo en un voltaje o corriente analógico, el cual es proporcional (k) al valor digital.


EJEMPLO 1Un DAC de 5 bits tiene una salida de corriente. Para una entrada digital de 10100 se produce una corriente de salida de 10mA. ¿Cuál será el valor de corriente de salida para una entrada digital de 11101?

Solución: Convirtiendo la entrada binaria 10100 en decimal vemos que es igual a 20.

𝟏 𝟎 𝟏𝟐𝟒 𝟐𝟑 𝟐𝟐

𝟎 𝟎𝟐𝟏 𝟐𝟎=𝟏𝟔+𝟒=𝟐𝟎

Como la corriente de salida para esta entrada es , el factor de proporcionalidad debe ser .

→𝟏 𝟏 𝟏𝟐𝟒 𝟐𝟑 𝟐𝟐

𝟎 𝟏𝟐𝟏 𝟐𝟎=𝟏𝟔+𝟖+𝟒+𝟏=𝟐𝟗

→ 𝑰𝑺𝑨𝑳=(𝟐𝟗 ) (𝟎 .𝟓𝒎𝑨 )=𝟏𝟒 .𝟓𝒎𝑨


EJEMPLO 2Un DAC de 5 bits produce un voltaje de salida de 0.2V para una entrada digital de 00001. Encuentre el valor de voltaje de salida para una entrada digital de 11111.

Solución: Convirtiendo la entrada binaria 00001 en decimal vemos que es igual a 1.

𝟎 𝟎 𝟎𝟐𝟒 𝟐𝟑 𝟐𝟐

𝟎 𝟏𝟐𝟏 𝟐𝟎=𝟏

Como el voltaje de salida para esta entrada es , el factor de proporcionalidad debe ser .

→𝟏 𝟏 𝟏𝟐𝟒 𝟐𝟑 𝟐𝟐

𝟏 𝟏𝟐𝟏 𝟐𝟎=𝟏𝟔+𝟖+𝟒+𝟐+𝟏=𝟑𝟏

→𝑽 𝑺𝑨𝑳= (𝟑𝟏 ) (𝟎 .𝟐𝑽 )=𝟔 .𝟐𝑽


CONVERSIÓN DIGITAL-ANALÓGICA (DAC)La conversión igual puede ser realizada por ponderaciones, de acuerdo a su posición, entre el bit menos y más significativo (LSB, MSB).

Por lo tanto, en la imagen, A (es LSB) tiene una ponderación de 1 V; B tiene 2V; C tiene 4V y D (es MSB) tiene 8V.


EJEMPLO 3Encuentre la para la entrada digital de 11101 del ejemplo 1, usando las ponderaciones.

Solución: Como sabemos del ejemplo 1, su factor de proporcionalidad es . Entonces las ponderaciones quedan de la siguiente manera:


CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL (ADC)Es el proceso de tomar un valor representativo de una variable física analógica (voltaje o corriente) para convertirla en una interpretación digital mediante un conjunto de palabras (hexadecimal, binario) digitales.


CARACTERISTICAS DE LOS DAC Y ADCCada DAC y ADC está determinado por una función de transferencia ideal que muestra la equivalencia entre el mundo digital y el analógico.

Ejemplo: Señal Unipolar entre 0 y 10V

VOLTAJE EQUIVALENCIA BITS

0 000…000

5 100…000

10 111…111

Existen básicamente, dos tipos de características en los DAC Y ADC:

Características Estáticas

Características Dinámicas


CARACTERISTICAS ESTÁTICASRESOLUCIÓN Expresada en unidades de tensión, dependerá del

escalón tomado como referencia con respecto a los niveles de tensión dados en bits.

Ejemplo: Tenemos un ADC cuyo voltaje de referencia es 5V y trabaja a 8 bits

→𝑹𝒆𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊 ó𝒏=𝟓𝑽𝟐𝟖 =𝟎 .𝟎𝟏𝟗𝟓𝟑𝑽=𝟏𝟗 .𝟓𝟑𝒎𝑽

Esto quiere decir que por cada 19.543mV que aumente a la entrada del ADC, este aumentará en una unidad su salida digital.

Entrada: Voltaje Salida: Binario

0V 00000000

0.01953V 00000001

0.03906V 00000010

0.05859V 00000011


CARACTERISTICAS ESTÁTICASRESOLUCIÓN Para el caso de los DAC, la resolución puede tomar otra

interpretación, a partir de una salida analógica a plena escala y el número de bits.

Ejemplo: Tenemos un DAC cuya salida analógica es de 10V y es de 8 bits:

→𝑹𝒆𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊 ó𝒏=𝑨 𝒇𝒔

𝟐𝒏−𝟏= 𝟏𝟎𝑽𝟐𝟖−𝟏

=𝟎 .𝟎𝟑𝟗𝟐𝟏𝑽=𝟑𝟗 .𝟐𝟏𝒎𝑽

Esto quiere decir que por cada cambio a nivel de bit, se incremente analógicamente un voltaje de 39.21mV.

Entrada: Binario Salida: Voltaje

00000000 0.03921V

00000001 0.07842V

00000010 0.11763V

00000011 0.15684V


CARACTERISTICAS ESTÁTICASRESOLUCIÓN PORCENTUAL

Es el porcentaje de salida a escala completa de la resolución para un convertidor.

Ejemplo: El DAC del ejemplo 2, tiene una salida a escala completa de 15V (11111). Su factor de proporcionalidad o resolución es de 1V, lo que nos da una resolución porcentual de:

→% 𝒅𝒆𝒓𝒆𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊 ó𝒏=𝑲𝑭𝑺

𝑿𝟏𝟎𝟎%=𝟏𝑽𝟏𝟓𝑽

𝒙𝟏𝟎𝟎%=𝟔 .𝟔𝟕%


EJEMPLO 4Un DAC de 10 bits tiene un tamaño escalón (K) de 10mV. Determine el voltaje de salida a plena escala y su resolución porcentual.

Solución: Con 10 bits habría intervalos de 10mV cada uno. Por lo tanto, la salida a plena escala completa sería 10mVx1023= 10.23V

→% 𝒅𝒆𝒓𝒆𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊 ó𝒏=𝟏𝟎𝒎𝑽𝟏𝟎 .𝟐𝟑𝑽

𝒙 𝟏𝟎𝟎%=𝟎 .𝟏%


CARACTERISTICAS ESTÁTICASSENSIBILIDAD Es la mínima magnitud en la señal de entrada requerida

para producir un cambio en la señal de salida, dada una determinada relación señal/ruido, u otro criterio especificado.

EXACTITUD Relaciona la señal más pequeña con la señal medida. Está dada como un por ciento y estipula que tan cerca es la medición del valor real.


CARACTERISTICAS ESTÁTICASLINEALIDAD Es la desviación de los códigos de salida de la línea

recta trazada entre el cero y el valor de plena escala (máximo)


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