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• carlosplasencia

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El convertidor análogo digital 1. ¿Qué entiendes por DSP? Un procesador digital de señales o DSP (sigla en inglés de digital signal processor) es un sistema basado en un procesador o microprocesador que posee un conjunto de instrucciones, un hardware y un software optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad. Debido a esto es especialmente útil para el procesado y representación de señales analógicas en tiempo real: en un sistema que trabaje de esta forma (tiempo real) se reciben muestras (samples en inglés), normalmente provenientes de un conversor analógico/digital (ADC). 2. ¿Cuál es el objetivo básico de un ADC? La conversión analógica-digital (CAD) o digitalización consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas.

3. Enuncie el teorema de Nyquist Para garantizar la toma de muestra y la conversión de forma correcta se debe considerar la velocidad de muestreo, para lo cual el Teorema de Nyquist, establece que la frecuencia de muestreo fS, debe ser como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada). Si no ocurre esta situación, se tiene lugar el fenómeno denominado aliasing.

fs > 2 · fm

4. ¿Cuáles son las características estáticas de un ADC? •

Resolución: Expresada en unidades de tensión, dependerá del escalón tomado como referencia con respecto a los niveles de tensión dado por el número de bit.

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La linealidad integral y el de linealidad diferencial: Analizando la gráfica de transferencia entradasalida en el caso ideal, el resultado es una línea recta formada por los puntos de transición de los valores de entrada que determinan cambios de nivel en la salida. Mientras más se ajuste el comportamiento real a esta recta, más preciso se considera al convertidor

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Monotonicidad: Un conversor es monotónico cuando un incremento de tensión en la entrada le corresponda un incremento en la salida, y para una disminución de la entrada, el correspondiente descenso.

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El error de ganancia, el error de Desplazamiento (offset) y el error de cuantificación: En términos generales corresponden a la comparación y diferencia máxima entre la curva de transferencia ideal y la real en todo el margen de medidas. El error de ganancia es un parámetro que muestra la precisión de la función de transferencia del convertidor respecto a la ideal y se expresa en LSB (% FSR- font scale range)

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Velocidad: Siempre es importante disponer de una velocidad de muestreo que garantice la conversión de forma correcta, teniendo en cuenta el teorema de muestreo, según el cual la frecuencia de muestreo debe ser, como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada para que sea posible su digitalización.

5. ¿Cuáles son las características dinámicas de un ADC? •

Tiempos de conversión: Es el tiempo desde que se aplica la señal a convertir hasta que la señal (análoga ó digital) este disponible en la salida. Esto se determina de acuerdo a la ecuación:

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Tiempo de asentamiento: Es el intervalo de tiempo entre la señal de retención y el definitivo asentamiento de la señal (dentro de la banda de error especificada).

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Slew rate: Es la velocidad a la cual el valor de la salida del S&H converge al valor muestreado deseado. El proceso de conversión análoga-digital requiere que la señal análoga de entrada permanezca en un valor constante de tal forma que el ADC pueda realizar su tarea en forma adecuada.

6. ¿Qué entiende por LSB? Bit menos significativo (LSB o Least Significant Bit, en sus siglas en inglés) es la posición de bit en un número binario que tiene el menor valor (el situado más a la derecha). En ocasiones, se hace referencia al LSB como el bit del extremo derecho. Refiriéndose a los bits específicos dentro de un número binario, de acuerdo a su posición, a cada bit se le asigna un número de bit, creando un rango que de derecha a izquierda va desde cero a n (dependiendo del número de bits del número).

7. ¿Qué entiende por MSB? El bit más significativo, most significant bit (MSB), en sus siglas en inglés, es el bit, que de acuerdo a su posición, tiene el mayor valor. En ocasiones, se hace referencia al MSB como el bit del extremo

izquierdo. Refiriéndose a los bits específicos dentro de un número binario, a cada bit se le asigna un número de bit, creando un rango desde cero a n (dependiendo del número de bits del número). El MSB, escrito en mayúsculas, puede también significar "Byte Más Significativo" (Most Significant Byte). En una representación numérica de múltiples bytes, el MSB es el byte de mayor peso. Dependiendo de si el procesador es little endian o big endian, el byte más significativo se almacenará, respectivamente, en la posición más alta o en la posición más baja de la memoria.

8. ¿Qué entiende por bit? Un bit es un dígito del sistema de numeración binario. Las unidades de almacenamiento tienen por símbolo bit.1 Mientras que en el sistema de numeración decimal se usan diez dígitos, en el binario se usan solo dos dígitos, el 0 y el 1. Un bit o dígito binario puede representar uno de esos dos valores: 0 o 1. El bit es la unidad mínima de información empleada en informática, en cualquier dispositivo digital, o en la teoría de la información. Con él, podemos representar dos valores cuales quiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado, blanco o negro, norte o sur, masculino o femenino, rojo o azul, etc. Basta con asignar uno de esos valores al estado de "apagado" (0), y el otro al estado de "encendido". 9. ¿Cuáles son los métodos de conversión más usados? ADC de conversión directa o ADC Flash, tiene un comparador que lo enciende para cada rango de voltaje decodificado. El banco comparador introduce un circuito lógico que genera un código para cada rango de voltaje. La conversión directa es muy rápida, pero usualmente solamente tiene 8 bits de resolución (256 comparadores) o menos, y necesita un circuito caro y grande. Los ADCs de este tipo son físicamente grandes, tienen una alta entrada de capacitancia, y son propensos a producir fallos en las salidas (Al poner en las salidas un código fuera de secuencia). Hay muchos de estos utilizados para señales de video u otras rápidas.

ADC de Aproximación Sucesiva, utiliza un comparador para rechazar rangos de voltajes, eventualmente establecidos en los rangos de voltaje final. Por ejemplo, la primera comparación debe decidir cual bit más significativo de la salida, la siguiente comparación decide el siguiente bit más significativo, etcétera. Esto también es llamado conversión bit-weighting (Bit de mayor peso), y es similar a la búsqueda binaria. Los ADCs de este tipo convierten muy rápido, y tienen buenas resoluciones y rangos muy amplios y completos. Son más complejos que algunos de otros diseños.

ADC Comparador de Tipo Rampa, (También llamado ADC Integrador, ADC Doble rampa, o ADC Multi rampa). Produce una señal de tipo diente de sierra que se eleva, luego rápidamente cae a cero. Cuando la pendiente inicia, el contador inicia a contar. Cuando la pendiente encuentra la entrada, un comparador inicia, y el valor del timer (temporizador) se almacena. Los convertidores de pendientes en tiempo requieren el menor número de transistores. El tiempo de la rampa es sensible a la temperatura por que el circuito que genera la rampa es muchas veces un oscilador simple. Hay dos soluciones: Utilizar un contador de reloj para manejar el DAC y después utilizar el comparador para preservar el valor del contador, o calibrar el tiempo de la rampa. Una ventaja especial del sistema comparador de rampas es que compara una segunda señal solo requiere otro comparador, y otro registro para almacenar los valores de voltaje.

10. ¿Qué son la entrada y la salida de un convertidor A/D? A nivel de elemento de circuito, el A/D se caracteriza por una entrada analógica, una salida digital y varias señales de control y alimentación. Las señales de control más importantes y características son: SC (Start Conversión) y EOC (End Of Conversión). La primera es una entrada que requiere el circuito para que comience la conversión que durará un tiempo que a veces es conocido de antemano y otras veces no. La señal EOC es la que indica al circuito o microprocesador donde están entrando las señales digitales, cuándo ha terminado la conversión. Es por tanto una señal de salida. El elemento de salida del A/D es un latch o registro donde se almacena el dato. Este permanecerá almacenado o cambiará controlado por unas entradas de Enable y Chip Select del latch. 11. ¿Qué es el método de las aproximaciones sucesivas de la conversión A/D? El ADC de aproximaciones sucesivas es uno de los ADCs más usados y tiene como parte de sus características fundamentales la conversión en lapso de tiempo corto, con respecto a las configuraciones que le preceden como el convertidor de rampa.

El convertidor digital análogo 1. ¿Cuál es el objetivo básico de un DAC? Convierten las señales digitales en cantidades eléctricas analógicas relacionadas en forma directa con el número de entradas codificado digitalmente. Los DAC efectúan sus conversiones recibiendo la información en forma serial o paralela. 2. ¿Cuál es el origen y significado de las siglas DAC? Conversor de señal digital a analógica o conversor digital analógico, CDA o DAC ( del inglés digital to analogue converter) es un dispositivo para convertir señales digitales con datos binarios en señales de corriente o de tensión analógica. 3. Dibujar el esquema básico de un DAC

4. ¿cuáles son las características principales de un DAC?    

Sus entradas son de carácter binario (1 ó 0). Las o la salida son señales eléctricas. En algunos casos, para un DAC de n-bits es necesario n-resistencias. En los R-2R, tienen la ventaja de que emplear generador de corriente idénticos (suele hacerse con espejos de corriente).

5. ¿Cuáles son los métodos más usados por un DAC? DAC con resistencias ponderadas El circuito básico de este convertidor, es sumador con amplificador operacional, donde se suman las entradas binarias multiplicadas por el factor de ponderación que le corresponde.

Como puede observarse, ahora las entradas lógicas actúan sobre conmutadores electrónicos, de manera tal que ante una entrada lógica “cero” de algunas de los terminales, lo conecta a masa y con un “uno lógico”, lo conecta a una tensión de referencia de precisión. Convertidores DAC con resistencia en escalera R/2R El método anterior tiene limitaciones prácticas dado que los valores de las resistencias correspondientes a los bits menos y más significativos son grandes y difíciles de lograr técnicamente. Por esta razón es preferible disponer de un circuito que utilice resistencias cuyos valores sean próximos. Uno de estos circuitos, es el que utiliza la “red en escalera”, donde solamente se usan dos valores de resistencias “R” y “2R”.

6. ¿Cuál es la expresión para la tensión se salida de un conversor básico escalera de un DAC de n bits? La tensión de salida de un conversor de n bits, está dada por:

Donde cada an representa la información binaria ”0” o ”1” 7. Dibujar la estructura red en escalera R/2R para un DAC

8. ¿Cómo se convierte una palabra binaria en su forma analógica? La palabra binaria 0000, por ejemplo, abre todos los interruptores y, por tanto, coloca 0 V en la salida del convertidor. Del mismo modo, 1000 cierra el interruptor S1 y produce 5 V; 0100 cierra S2 y produce 2.5 V; 0010 cierra S3 y produce 1.25 V; etc. Note que cada salida corresponde a una progresión binaria. Lo anterior permite a la salida variar entre 0 y 10 V en incrementos de 0.625 V.

9. ¿Cuáles son las diferencias entre un convertidor escalera básico y un R/2R? La diferencia del DAC de pesos ponderados y el de red R-2R es que este último solo necesita dos valores de resistencias. Lo que lo hace mucho más sencillo.

10. Dibuje un diagrama de bloques de un osciloscopio de almacenamiento digital

11. defina el termino tamaño de paso para un DAC Esta se define como la menor variación a la salida del DAC, como resultado de un cambio en la entrada digital. 12. defina el termino resolución para un DAC La resolución de un DAC esta dada por el número de niveles de voltaje analógico que es capaz de generar. Este parámetro esta relacionado directamente con el número de bits de entrada que conforman la palabra binaria. Un convertidor D/A de cuatro bits tiene una resolución de 4. El número de niveles de voltaje analógico que es capaz de generar es de = = 16. 13. defina el termino escala completa Escala Completa de Salida: Es un parámetro característico del convertidor DAC y se define como el máximo valor analógico de salida posible, es decir, cuando se aplica a la entrada el máximo valor binario. 14. defina el termino porcentaje de resolución Aunque la resolución puede expresarse como la cantidad de voltaje o corriente por paso, resulta más útil expresarla como un porcentaje de la salida a escala completa. Resolución porcentual = tamaño de paso x 100% … (5.2)