Convertidores Digital – Analógico y Analógico – Digital

Para comprender el uso y funcionamiento de estos convertidores es preciso dar los conceptos de señales digitales tanto como de las señales analógicas:

Señal Analógica:

Es un tipo de señal cuya característica principal es que es variable en su amplitud tanto como en su periodo en función del tiempo. Matemáticamente representada como una función continua, algunos ejemplos de señales analógicas en la vida cotidiana son:

· Señales eléctricas.

· La luz.

· El sonido.

· Básicamente nuestro mundo es analógico.

En el campo de la electrónica la señal analógica es aquella en la que fluctúan los valores de voltaje o de la tensión constantemente también llamada corriente alterna.

La mayor desventaja que presenta este tipo de señal en comparación con las señales digitales es una de difícil recuperación de información, manipulación y forma de almacenarla. Además las computadoras trabajan con señales analógicas captadas por cualquiera de sus periféricos como pueden ser el micrófono, la cámara, etc. pero para trabajar con esta información debe ser convertida a señales digitales que la computadora entiende y puede manipular he aquí la necesidad de un convertidor analógico – digital.

Señal Digital:

Es un tipo de señal cuyas magnitudes pueden tomar valores discretos es decir valor en alto y en bajo no significa que sea realmente discreta pero su magnitud puede verse de forma discreta, tomando valores de 0 y 1. Esto facilita la aplicación de la lógica y aritmética binaria.

Entre las desventajas de este tipo de señal podemos mencionar que para ser transmitida requiere un mayor ancho de banda que la señal analógica y en sus ventajas encontramos una exacta recuperación por que al ser atenuada, puede ser amplificada y reconstruida con exactitud, de fácil manipulación al estar ya en una computadora existen infinidad de software especializado en su tratamiento y puede ser guardada en Cd, Dvd, Blu-ray, etc. Para lograr dar uso externo a estas señales es necesario una conversión digital – analógico que haga posible el introducir un Cd a cualquier estéreo y poder escuchar la información guardada en el en forma de sonido que es una vez más una señal analógica.

Convertidor analógico-digital

Un convertidor analógico-digital (CAD), también conocido como ADC del inglés "Analog-to-Digital Converter" es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario, con el propósito de obtener todas las ventajas de una señal digital una fácil manipulación. Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadores de sonido, de vídeo, etc. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del periférico y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo. Se han creado diferentes tipos de convertidores analógico – digital. Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadores de sonido, de vídeo, etc.

Funcionamiento

Funcionan a partir de 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 señal analógica de entrada y la señal de digital de salida 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. Un ejemplo, es el convertidor análogo digital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de entre 0 y 5 voltios y su resolución serán respectivamente:

Resolución = valor analógico / (2^8)

Resolución = 5 V / 256

Resolución = 0.0195v o 19.5mv.

Lo anterior quiere decir que por cada 19.5 mili voltios que aumente el nivel de tensión entre las entradas referenciadas "Vref+" y "Vref-" que entran al convertidor, éste aumentará en una unidad su salida 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

(5 V-LSB) – 11111111

Tipos de convertidores:

El ADC contador de rampa:

Registra los resultados en un contador de n bits que se pone en cero al comenzar la conversión. Mientras la salida del convertidor DAC sea menor que la entrada analógica, al contador se le permite seguir contando. Cuando la salida del DAC sea mayor que la entrada analógica el contador se detiene, su valor almacenado es el resultado, Esta técnica requiere un máximo de 2n pasos para realizar la conversión de n bits. Esta técnica es llamada secuencial.

Flash: este convertidor destaca por su elevada velocidad de funcionamiento. Está formado por una cadena de divisores de tensión y comparadores, realizando la conversión de manera inmediata en una única operación. Su principal desventaja es el elevado costo.

Sigma-delta: Tienen una velocidad máxima de conversión baja pero a cambio poseen una relación señal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

Convertidor digital - analógico

Es un dispositivo que convierte una señal digital a una señal analógica Los convertidores digital-analógico son puentes entre la era tecnológica de las computadoras que trabajan todo en digital y el mundo real donde todo es analógico. Este tipo de convertidor se utiliza en reproductores de sonido de todo tipo, por que en nuestra actualidad todo requiere de una manipulación fácil de transportar, guardar, etc. ejemplo de esto son las imágenes digitales y el sonido que se guarda en varios formatos el más popular el mp3 que para ser escuchada a través de los altavoces, los datos se deben convertir a una señal analógica. Los convertidores digital-analógicos también se pueden encontrar en reproductores de CD, reproductores de música digital, tarjetas de sonidos de PC, etc.

Funcionamiento

Esta conversión consiste en realizar la suma ponderada de los diversos dígitos que conforman el número binario; el valor relativo de cada uno de ellos viene dado por la correspondiente potencia de 2:

Esta suma se realiza mediante un circuito sumador con resistencias ponderadas según la relación R, R/2, R/4, R/8, R/16...

Supuesto que las tensiones que corresponden a los valores 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.

Con este tipo de red sumadora se configura una amplia gama de convertidores D/A integrados, de alta precisión, ya que es posible conseguir gran precisión en la red de resistencias y en la tensión de referencia. Los convertidores D/A más comunes de este tipo son de 8 y de 12 bits; un convertidor de 8 bits permite una resolución de 256, es decir, para un intervalo de conversión 0-10 V a cada unidad le corresponden aproximadamente 40 mV; la resolución de un convertidor de 12 bits es de 4096 pasos, 2.5 mV.

Fuente

Electrónica Teoría de Circuitos 6°ED - Boylestad,Nashelsky