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Universidad Tecnológica de Coahuila

Hector Alejandro Sandate Aguirre

Dispositivos Digitales

UNIDAD 3 (SABER) Descripción 1.- Consulta y/o evaluación de las características técnicas y funcionamiento del convertidor ADC Descripción 2.- Consulta y/o evaluación del procedimiento de configuración y cálculo de parámetros ADC Descripción 3.- Consulta y/o evaluación del procedimiento de configuración (bipolar y unipolar) y cálculo de parámetros del convertidor DAC

M.C. Hector Ortiz Rangel

Comentarios

Ramos Arizpe. Coahuila

5 de noviembre de 2018

Contenido I.

Introducción ................................................................................................. 3

II. Justificación ................................................................................................. 4 III.

Convertidor ADC ...................................................................................... 5

1.

Características ...................................................................................... 5

2.

Técnicas ................................................................................................ 6

3.

Funcionamiento ..................................................................................... 7

IV.

Procedimiento de configuración y cálculo de parámetros de un ADC ...... 9

4.

Proceso de configuración ...................................................................... 9

5.

Calculo de parámetros. ......................................................................... 9

V. Procedimiento de configuración (bipolar y unipolar) y cálculo de parámetros del convertidor DAC ...................................................................... 11 VI.

Conclusión .............................................................................................. 17

VII.

Bibliografías ............................................................................................ 18

I.

Introducción

En este documento se abordarán diferentes temas como lo son los convertidores de ADC los cuales entran como circuitos integrados lo cuales tienen funciones, se verá el tema cobre las características de este que vendrían entrando el como se emplean o el para que sirve cada componente que este contiene también se verán las técnicas las cuales son diferentes modos de usar este convertidor dependiendo la utilidad que necesitemos y le querremos dar, también se verá el funcionamiento que es la forma en que va trabajar este circuito y gracias al funcionamiento se comprenderá sobre como se debe usar este debidamente, también se vera acerca de la configuración del componente ADC el cual nos ayudara a saber como se emplea con que voltaje trabaja, como funciona y como debe ser conectado debidamente este, y además por ultimo se vera el cómo son los cálculos para encontrar el parámetro de este dispositivo. En otro tema también se verán (unipolar y bipolar) y la importancia de cada uno de estos dos y para que nos sirve cada uno e igual que con el dispositivo ADC también se vera acerca de los cálculos de parámetros que podemos usar en este dispositivo.

II.

Justificación

Este documento fue realizado por la petición del profesor esto porque así aparece en el programa escolar, para la comprensión de los diversos temas como lo son por ejemplo las técnicas en que se puede usar un ADC esto no es mas que diversas formas de conectar o funciones las cuales se le deben dar a este dispositivo las cuales servirían dependiendo cada una de estas técnicas, y las forma en que estos nos muestran señales las cuales pueden ser interpretada de diversas formas y con ellas se pueden obtener los parámetros para entender de un mejor modo estos. Además, se requiere que el documento hable a cerca de como es el funcionamiento de estos dispositivos para que sea más fácil de comprender el como se usa cada uno ya demás para poder comprender el cómo debe ser configurado este dispositivo para poder usar un voltaje correcto o cosas por el estilo. Otro circuito del que se debe de hablar debe ser el DAC que entraría dentro de los circuitos integrados de igual forma se comprenderá a cerca de como debe ser utilizado y cuales son las formas en que se puede configurar este ya que hay dos formas que son la unipolar y la bipolar. Y también gracias a este el poder hacer los cálculos de los parámetros que podamos notar.

III.

Convertidor ADC

1. Características • Salida – Número de bits (resolución) – Código de salida (binario, BCD…) – Formato (serie, paralelo) – Velocidad de salida (bit rate) – Niveles de tensión de salida – Existencia de latches... • Relación entrada-salida – Exactitud (determinada por los errores) – Velocidad de conversión

2. Técnicas Convertidor Analógico-Digital paralelo (flash)

Convertidor Analógico-Digital por aproximaciones sucesivas Este tipo de convertidores consiguen un buen compromiso entre velocidad de conversión y complejidad del circuito.

Convertidor Analógico-Digital tipo servo El contador bidireccional cuenta desde cero hasta un valor que hace que el DAC de una salida igual a la entrada analógica, una vez llegado a este punto cualquier variación en la entrada se traduce en un incremento o decremento del contador para seguir a la entrada.

3. Funcionamiento La conversión Analógico-digital consiste en la transformación de señales analógicas a señales digitales, el objetivo de esta conversión es permitir el procesamiento de las señales por dispositivos digitales, como puede ser un procesador o un microcontrolador. La ventaja de tratar señales digitales es que estas son más inmunes a ruidos y otras interferencias que sí afectan a las señales analógicas. Ventajas e inconvenientes de la conversión analógico digital. Ventajas: • No introduce ruidos en la transmisión. • Se guarda y procesa mucho más fácilmente que la analógica. • Posibilita almacenar grandes cantidades de datos en diferentes soportes • Permite detectar y corregir errores con más facilidad. • Las grabaciones no se deterioran con el paso del tiempo como sucede con las cintas analógicas. • Permite realizar regrabaciones sucesivas sin que se pierda ninguna generación y, por tanto, calidad. • Permite la compresión para reducir la capacidad de almacenamiento. • Facilita la edición visual de las imágenes y del sonido en un ordenador o computadora personal, utilizando programas apropiados.

• El rayo láser que graba y reproduce la información en CDs y DVDs nunca llega a tocar físicamente su superficie. • No la afecta las interferencias atmosféricas (estática) ni de otro tipo cuando se transmite por vía inalámbrica, como ocurre con las transmisiones analógicas. Desventajas: • Para su transmisión requiere un mayor ancho de banda en comparación con la analógica. • La sincronización entre los relojes de un transmisor inalámbrico digital y el receptor requiere que sea precisa, como ocurre con el GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamiento Global). • Las transmisiones de las señales digitales son incompatibles con las instalaciones existentes para transmisiones analógicas. En la conversión analógica-digital intervienen cuatro procesos: 1. Muestreo: consiste en la toma periódica de muestras de la señal analógica. 1. La velocidad con la que se toman muestras de la señal de entrada se le denomina frecuencia de muestreo o Fs (Frequency Sample). 2. Retención: la retención es el tiempo en el que se retiene la señal para que se realice la cuantificación de esta. 3. Cuantificación: proceso en el que se mide la señal de entrada de cada una de las muestras y se asigna un margen de valor de la señal analizada a un único nivel de salida. 4. Codificación: proceso en el que se transforma los valores obtenidos en la cuantificación en binarios

IV.

Procedimiento de configuración y cálculo de parámetros de un ADC 4. Proceso de configuración

Un ejemplo de configuración sería el siguiente • • • • • • • •

Configurar una alarma A/D Borra el bit ADIF (IFSO, 11>), Establecer ADIE bit (IECO ); Comience el muestreo Esperar el tiempo de adquisición que requiera; Termina el tiempo e adquisición, iniciar la conversión; Espere a que la conversión A/D termine. Leer el resultado de un buffer A/D, borrar el bit ADIF si es necesario.

5. Calculo de parámetros. Frecuencia de muestreo: La frecuencia mínima de muestreo debe ser el doble de la frecuencia de la señal (Shannon)

Tipo de conversión: El el tiempo requerido para completar la conversión de la señal de entrada. Esto implica que la frecuencia máxima puede ser muestreada sin errores es:

Precisión: Relaciona la señal mas pequeña con la señal medida (en porcentaje).

Tiempo de apertura: Se define como:

Muestreo y retención: Es un circuito que permite que el tiempo de apertura sea mas corto y así poder satisfacer el tiempo en conversión analógico-digital.

V.

Procedimiento de configuración (bipolar y unipolar) y cálculo de parámetros del convertidor DAC

1. Calculo de parámetros Este tipo de convertidor responde al esquema de la figura siguiente. La red de resistencias está formada por un conjunto de valores que se obtienen a partir de una de ellas, R, dividiéndolas sucesivamente por potencias crecientes de 2. Todas las resistencias se conectan a la entrada de un amplificador operacional, conectado en modo sumador.

La tensión de salida del amplificador operacional será:

Resolución: es la cantidad de bits o dígitos binarios que acepta en su entrada. También puede expresarse como el porcentaje del valor nominal máximo (fondo de escala). Ejemplo: un conversor de 10 bits también puede tener su resolución expresada como 1/210 ≅ 0,0976 %. Observar que la resolución por sí sola no indica nada respecto a la precisión del conversor. Exactitud: es la máxima desviación respecto a la línea recta que une el mínimo y el máximo valor ideales. Se expresa en LSB (least significant bit), lo cual significa que se usa el salto mínimo nominal como unidad. Otra forma de expresarlo es en porcentaje del

valor máximo nominal. La exactitud ideal es 0 LSB. Es necesario tener en cuenta que esta especificación incluye todos los errores posibles del conversor

Tiempo de establecimiento: Es el máximo tiempo transcurrido luego de un cambio de código de entrada arbitrario para alcanzar el valor analógico correspondiente con un error de a lo sumo ± 0,5 LSB. El tiempo de establecimiento de un conversor D/A tiene dos componentes: una debida al comportamiento dinámico lineal y otra debido al slew-rate del amplificador operacional (fenómeno no lineal). La primera se debe a las capacidades parásitas en paralelo con las llaves analógicas, que hacen que la conmutación entre un código de entrada y otro no sea instantánea. Sus características son similares a las de cualquier transitorio, con una aproximación exponencial al valor final. La componente debida al slew-rate del amplificador se caracteriza por un crecimiento lineal con pendiente fija, por lo cual cuanto mayor sea la amplitud del salto (por ejemplo un cambio en la entrada de 00...0 a 11...1) mayor será el tiempo de crecimiento. En general predomina el efecto del slew-rate, salvo que se usen amplificadores de muy alta velocidad. Derivas con la temperatura: cada uno de los parámetros anteriores es susceptible de cambiar con la temperatura, por ejemplo el error de no linealidad o de fondo de escala (error de escala). Se especifica en % del fondo de escala nominal por ºC (% FS / ºC). Deriva por envejecimiento: El envejecimiento también altera los valores especificados.

VI.

Configuración bipolar y unipolar 1. Unipolar

ADI presenta la serie AD5721/AD5761 que son convertidores de digital a analógico (DAC), monocanales, de salida de voltaje y entrada serial de 12 y 16 bits con voltaje únicos desde 4.75 V a 30 V o voltajes de fuente dual desde -16.5 VSS a 0 VSS y 4.75 VDD a 16.5 VDD. Estos DAC utilizan SPI para operar a velocidades de reloj de 50 MHz y son compatibles con microcontroladores y procesadores digitales de señales (DSP). Las series AD5721/AD5761 tienen un rango de temperatura operativa de -40°C a +125°C y vienen en paquetes 16TSSOP y 16-LFCSP

Categorías

Circuitos integrados

Adquisición de datos - Convertidores digitales a analógicos (DAC) Fabricante

Analog Devices Inc.

No. de bits

12

Tipo de salida

Voltaje - búfer

Salida diferencial

No

Interfaz de datos

SPI

Tipo de referencia Externo Suministro de voltaje (analógico) 4.75 V ~ 30 V Suministro de voltaje (digital)

1.7 V ~ 5.5 V

INL/DNL (LSB)

±0.5 (máx.), ±0.5 (máx.)

Arquitectura R-2R Temperatura de operación-40 °C ~ 125 °C Paquete / Caja (carcasa) 16-TSSOP (ancho 0.173", 4.40 mm) Paquete del dispositivo del proveedor Tipo de montaje

16-TSSOP

Montaje en superficie

Número de pieza base

AD5721

2. Bipolar

La funcionalidad de salida de este circuito se puede derivar haciendo dos suposiciones comunes sobre un amplificador operacional ideal: La corriente de entrada del amplificador operacional es 0. La entrada V + es igual a la entrada V- en condiciones estables.

La posición A selecciona 3.3 V del SDP-S. La posición B selecciona 3.3 V del pin VLDO del AD5758. La posición C selecciona El suministro lógico externo, EXT-VLOGIC. JP1 La posición A enciende ADR-REF de EXT_REF_VIN. La posición B alimenta ADR-REF desde AVDD2 (el suministro máximo para el ADR4525 es de 15 V). JP2 Selecciona ADR-REF como la entrada para REFINAR.

JP3 Selecciona EXT-REF como la entrada para REFINAR. JP4 Selecciona REFOUT como la entrada para REFIN. JP6 Hace un cortocircuito de VDPC + a AVDD1, sin pasar por el circuito positivo de CC a CC. JP8 conecta VIOUT a + VSENSE. JP9 Conecta la señal RETURN a GND. JP10 Conecta –VSENSE a la señal RETURN. JP11 La posición A conecta LDAC a GND. La posición B conecta LDAC a VLOGIC. JP12 La posición A conecta AD0 a GND. La posición B conecta AD0 a VLOGIC. JP14 La posición A conecta AD1 a GND. La posición B conecta AD1 a VLOGIC. JP17 Conecta AVSS a GND para la opción de suministro unipolar (solo salida de corriente). P2 Proporciona opciones para desconectarse del SDP-S y para conducir señales digitales desde una fuente externa. Vea la Tabla 2 para Las opciones de enlace específicas. S1 La posición 2-1 (en la posición a la derecha de apagado) conecta RESET a GND. Posición 2-3 (en posición a la izquierda de apagado) conecta RESET a VLOGIC.

VII.

Conclusión

En este documento se abordaron diversos temas como son es le convertidor de ADC el cual es un dispositivo que nos puede arrojar valores de una manera mas clara y podemos hacer cálculos de los parámetros de este y por ejemplo nos dan resultados que serían números Binarios los cuales se pueden interpretar y usar de acuerdo a como y también comprendimos como se debe configurar el circuito DAC para el cual hay diversas técnicas las cuales pueden ser conectado de diversas formas como serian tipo servo, flash etc. Ya que cada uno contiene diversas funciones, también se debe comprender estas mejor. En otro tema es el circuito DAC que también es un circuito integrado el cual se puede configurar de dos formas que son la forma bipolar y la unipolar. Cada uno de estos contiene la forma de crear las graficas los cuales crean parámetros.

VIII.

Bibliografías

http://www.asifunciona.com/electronica/af_conv_ad/conv_ad_6.htm https://www.acomee.com.mx/CONVERTIDORES.pdf file:///C:/Users/Hector%20Sandate/Downloads/Unidad_3_Convertidores_Princip ios_electr.pdf https://masteringelectronicsdesign.com/design-a-unipolar-to-bipolar-converterthe-easy-way-with-microsoft-mathematics/