conversor digital analogico

Download Conversor Digital Analogico

Post on 29-Oct-2015

31 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS ESCUELA PROFESIONAL INGENERIA ELECTRONICA INTEGRANTES: Ocaa Muoz Leoncio 102082-GCoronel Rimarachin Yoner 101741-GGarca Portocarrero Ral 105576-k

Docente: Chiclayo Padilla Hugo

Curso: Circuitos Digitales

Tema: Combersor Analogico-Digital y Digital-Analogo

Lambayeque, 2012

Conversor Digital-Analgico:Los conversores Digitales-Analgicos (DAC) son tiles para transformar datos guardados, trasmitidos o resultantes de algn procedimiento digital, en seales analgicas (generalmente en voltajes o corrientes) para control, desplegado de informacin, o cualquier otro tipo de procedimiento analgico.

D/A

Fig. 1. Conversor D/A ideal.La Figura 1 muestra un esquema de un conversor D/A ideal.En la entrada = es una palabra de n bits que representa un valor positivo, un voltaje y la salida es:

Como se observa, la salida es un voltaje proporcional al peso binario de la palabra siendo el mximo valor alcanzable para . Variando el valor de se pude obtener distintas escalas de acuerdo a la aplicacin que se quiera realizar.Dos de los mas populares DAC son el Conversor de Resistencias Ponderadas y el Conversor R-2R que veremos a continuacin.I.-Conversor de Resistencias Ponderadasa) Principio de Funcionamiento:

Fig. 2. Conversor de resistencias de 4 bits.Se muestra en la figura 2 un esquema del mismo. Consiste en un conjunto de resistores, tantos como bits tiene la palabra conectados o no a , dependiendo del valor del bit correspondiente. El valor de las resistencias queda determinado por el valor de la resistencia asociada al LSB. A medida que crece la posicin de los bits las resistencias se van dividiendo entre dos. De esta manera se logra que el voltaje de salida sea proporcional a la palabra de entrada, pues el valor ser (aplicando nodos al amplificador de entrada):

Donde: , i=0,1,2,.,n-1Siendo R el valor de la resistencia asociada al bit menos significativo.Luego, sustituyendo:

Se observa que la salida es la misma que la esperada del DAC ideal salvo por un factor negativo por la etapa de amplificacin final. Una posible solucin al problema de salida negativa es agregar otra configuracin inversora o directamente alimentar el circuito con . Ventajas y desventajas El converso de resistencias ponderadas tiene la ventaja que es de muy fcil diseo. Sin embargo aumentar el numero de bits, se deben introducir resistencias cada ves menores. En trminos numricos si la resistencia del LSB es de 200k, la del MSB ser aproximadamente de 97. Considerando que la desviacin de las resistencias ser del 1%, la tensin de salida del MSB puede variar en un rango de 40 veces mayor que el valor de la tensin dada por el LSB, siendo despreciable su contribucin al voltaje de salida. Otra de las desventajas, quizs la mas importante, es que en un amplio rango de valores de resistores, los distintos coeficientes trmicos provocaran variaciones significativas en sus valores, aumentando la incertidumbre del conversor frente a variaciones en la temperatura.II.-Redes Escalera Fig. 3. Conversor basado en una red escaleraLas redes escalera permiten reducir el rango de valores de las resistencias. En la fig. 3 se muestra se muestra un ejemplo, aunque no se profundizara este tema ya que en la actualidad estn superados por las por las redes R-2R.III.-Converso R-2Ra) Principios de FuncionamientoEste conversor es una solucin propuesta a los problemas presentados por el DAC de resistencias ponderadas. La idea es disear la red de resistencias como se muestra en la Fig. 4.

Fig. 4. Conversor R-2R de 4 bits.Una red como sta logra peso apropiados para cada bit, utilizando nicamente resistencias de 2 valores (R y 2R).Apliquemos el principio de superposicin para ver cual es la salida si la entrada es un 1 en el i-simo bit y un 0 lgico en las restantes, como se indica en la Fig. 5.

Fig. 5. Anlisis del DAC R-2R de n bitsEs fcil ver que la resistencia vista desde el punto A, tanto hacia la izquierda como a la derecha es 2R, independientemente de que i se trate. Por lo tanto, la resistencia A es R. El voltaje en dicho punto es entonces . (Ver Fig. 6) Fig. 6. Resistencia vista desde el punto ADe manera similar, la resistencia vista hacia la derecha, desde el nodo A es R (ver Fig. 7). Por lo tanto el voltaje en ese nodo es .Repitiendo este razonamiento para los nodos siguientes se llega a que en el punto B, la tensin es: luego: . Generalizando para una entrada cualquiera

Fig. 7. Resistencia vista desde el nodo siguiente a A, la salida es : , si definimos (peso binario de la palabra) y

Es importante resaltar que nuevamente la tensin a la salida es proporcional al peso binario de la palabra de entrada. Ventajas y desventajas Como ya vimos la implementacin con escalera R-2R soluciona muchos de los inconvenientes que presentaba la red de resistencias ponderadas. En particular, precisa de tan solo 2 valores de resistencias distintas. Es sin embargo ms lento que el otro conversor.Si bien hasta ahora hemos despreciado la no idealidad de los conmutadores, estos juegan un papel muy fundamental en el diseo del DAC, pues afectan el Settling Time de manera considerable. No es lo mismo usar conmutadores excitados por tensin que por corriente. Los ltimos, debido a propiedades de los transistores, conmutan ms rpido. Sin embargo, dado que no por todos los conmutadores circula la misma corriente, es necesario escalarlos para obtener ms exactitud. Los conmutadores controlados por tensin, a pesar de ser ms lentos, carecen de este problema, ya que todos estn sometidos a la misma tensin .

Antecedentes tericosLos avances en el procesamiento digital de las ltimas dcadas motivan la necesidadDe poder reducir seales de tiempo continuo a muestras discretas en el dominio deTiempo discreto.En la siguiente seccin se presenta el proceso de conversin A/D, que comprende dosConceptos fundamentales: muestreo , cuantizacin y codificacin La conversin analgica-digital (CAD) Consiste en la transcripcin de seales analgicas en seales digitales, con el propsito de facilitar su procesamiento (codificacin, compresin, etc.) y hacer la seal resultante (la digital) ms inmune al ruido y otras interferencias a las que son ms sensibles las seales analgicas. Tambin es representada por su equivalencia en estados binarios LA digitalizacin de las seales tiene sus desventajas: La seal analgica nunca puede ser representada o reconstruida siempre habr algo de error: Un seal digitalizada, cundo se trasmite por un canal de comunicacin requiere un ancho de banda mayor q la del canal origina por ejemplo, un canal telefnico de voz analgico requiere un ancho de banda de aproximadamente de 4Khz pero su equivalencia digital es de 64 Khzps.

Proceso de conversinEl conversor A/D consta bsicamente de tres etapas el muestreo, la cuantificacin y la codificacin de la seal de salida para poderla visualizarla veamos cmo cada una de ellas se desarrolla

1.- Muestreo de la seal analgica.2.- Cuantizacin de la propia seal3.- Codificacin del resultado de la cuantizacin, en cdigo binario.Muestreo de la seal analgica

Representacin grfica de medio ciclo positivo (+), correspondiente a una seal elctrica analgica de< sonido, con sus correspondientes armnicos. Como se podr observar, los valores de variacin de la< tensin o voltaje en esta sinusoide pueden variar en una escala que va de 0 a 7 volt.

Para convertir una seal analgica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de sta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razn, tasa o tambin frecuencia de muestreo y se mide en kilo-hertz (kHz). En el caso de una grabacin digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendr la seal digital resultante.

Durante el proceso de muestreo se asignan valores numricos equivalentes a la tensin o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide, con la finalidad de realizar a continuacin el proceso de cuantizacin.

Las tasas o frecuencias de muestreo ms utilizadas para audio digital son las siguientes:

24 000 muestras por segundo (24 kHz) 30 000 muestras por segundo (30 kHz) 44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (Calidad de CD) 48 000 muestras por segundo (48 kHz)

Para realizar el muestreo (sampling) de una seal analgica y convertirla despus en digital, el< primer paso consiste en tomar valores discretos de tensin o voltaje a intervalos regulares en diferentes< puntos de la onda senoidal.

Por tanto, una seal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendr menos calidad y fidelidad que otra realizada a 48 kHz. Sin embargo, mientras mayor sea el nmero de muestras tomadas, mayor ser tambin el ancho de banda necesario para transmitir una seal digital, requiriendo tambin un espacio mucho mayor para almacenarla en un CD o un DVD.

En la grabacin de CDs de msica, los estudios de sonido utilizan un estndar de muestreo de 44,1 kHz a 16 bits. Esos son los dos parmetros requeridos para que una grabacin digital cualquiera posea lo que se conoce como calidad de CD.

CONDICIN DE NYQUIST

El ingeniero sueco Harry Nyquist formul el siguiente teorema para obtener una grabacin digital de calidad:

La frecuencia de muestreo mnima requerida para realizar una grabacin digital de calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia de audio de la seal analgica