• Author / Uploaded
• juanpaulocolmenares

Citation preview

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-1

T7: Convertidores Digital-Analógico y Analógico-Digital -

Introducción. Definición. Aplicaciones de convertidores D/A y A/D.

-

Principio de operación. Redes de resistencias pesadas binariamente. Redes R-2R. Alternativas.

-

Características. Errores de cuantización. Errores estáticos. Errores dinámicos.

-

Tipo de convertidores A/D. Realimentados. Integración. Paralelo.

-

Características.

BIBLIOGRAFIA: [PARA98] M. Parada, J. I. Escudero y P. Simón: “Apuntes de Instrumentación, Técnicas de Medida y Mantenimiento”. Facultad de Informática y Estadística, Sevilla.1998. [SEDR91]A. S. Sedra and K. C. Smith: “Microelectronic Circuits”. Saunders Collegue Publishing, Third Edition. 1991. [COUG98]R. F. Coughlin and F. F. Driscoll: “Operational Amplifier and Linear Integrated Circuits”. Fihth Edition, Prentice-Hall. 1998.

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-2

Introducción Definiciones:

CONVERTIDOR DIGITAL-ANALÓGICO: Circuito tiene una entrada digital y da a la salida una tensión proporcional a la palabra digital. CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL: Circuito tiene una entrada analógica y da a la salida una palabra digital proporcional a la entrada analógica.

- DSP - Generación de señales analógicas. - Tarjetas gráficas de PCs - Control de procesos continuos. Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-3

D/A: Principio de Operación D0 X0

sw0 Y0

N –1

N-bits

+

Salida =

i=0

DN-1 XN-1

∑

Di ⋅ X i

Yi = Xi para Di=1

swN-1 YN-1

Yi = 0 para Di=0

Salida

FS

Para Xi = Vi, N=3

7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 0

Vref --> Precisa Estable (t,T)

Codigo Digital 000

001

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

010

011

100

101

110

111

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-4

D/A: Red de Resistencias Ponderadas 2R R D0 4R D1 2NR

Vo Vo +

 R R R R  V o = – V Ref  D 0 ⋅ ------- + D 1 ⋅ ------- + D 2 ⋅ ------- + … + D N – 1 ⋅ ------------ 2R 4R 8R N  2 R

DN-1

Vref = 10V

VRef

N=4

N=8

LSB: 00001 --> Vo(LSB) = Vref / 2N

0.625V

0.039V

MSB: 10000 --> Vo(MSB) = Vref / 2

5V

5V

9.355V

9.961V

10V

10V

11111 --> Vo(MAX) = Vref (2N -1) / 2N FS: 2 Vo(MSB) --> Vref Dispersión de Valores

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-5

D/A: Red de Resistencias R-2R R

R

R

VRef 4R

2R

2R

2R

2R

R

Vo Vo +

Reduce la dispersion de valores de R.

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-6

D/A: Red de Resistencias R-2R Normal R

R

R

R

4R

2R

2R

2R

2R

Vo Vo +

VRef

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-7

D/A: Caracterización Cuantización - Estáticos - Dinámicos:

RESOLUCIÓN: Entrada --> Numero de bits de la palabra digital de entrada. Salida --> Incremento de la tensión en la salida motivado por dos códigos sucesivos a la entrada

ESTÁTICOS: Offset: Se puede cancelar Ganancia: Se puede cancelar Linealidad: Limita las prestaciones.

DINAMICOS: Tiempo de establecimiento: Tiempo de respuesta a un cambio en la entrada (1-100µs).

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-8

D/A: Circuitos comerciales: Ejemplos CLASIFICACION: a) Propósito general (8-12b) b) Alta resolución (12-24b) c) Alta velocidad (5ns)

AD588 -

bits

latch

Vo Vo

R-2R

+

40K 2K

14K

Control CS CE

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-9

A/D: Introducción ADC - N-bits

ADC

Vin

B

N-bits Salida Digital

Entrada Analógica

SC Comienzo de la Conversión

EOC Final de la Conversión

- Incluyen lógica de control para dirigir la evolución del algoritmo de conversión.

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-10

Tipos de Convertidores A/D REALIMENTADOS:

Escalera Seguimiento Aproximaciones Sucesivas

INTEGRADORES:

Una Rampa Doble Rampa Tensión-Frecuencia

PARALELO

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

Flash

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-11

A/D: Convertidores Escalera - Modifican la salida de un D/A hasta que detectan la señal Vin. Vin

-

EOC

+

Vo D/A

CONTADOR

AND

CLOCK

RST

- El tiempo necesario para realizar una conversión es muy elevado: 2N.TCLK

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-12

A/D: Convertidores de Seguimiento Vin

+

Vo D/A

UP/DOWN CONTADOR SC

- Puede dar una señal digital para cada ciclo de reloj. (bajas frecuencias de conversión)

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-13

A/D:Convertidores de Aproximaciones Sucesivas Vin

+

Vo D/A

RAS CLOCK SC

EOC

- Utiliza una lógica de control basada en un Registro de Aproximaciones Sucesivas.

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-14

A/D: Convertidores de Rampa Simple

SC CONTROL C -Vref

RST

-

R

-

NAND

+

CONTADOR

+

Vin

CLOCK SALIDA

RC numerodepulsos = ------------------------ ⋅ V in V Ref ⋅ T

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-15

A/D: Convertidores de Doble Rampa

C

-Vref

RST

-

Vin

R

-

CONTROL

+

CONTADOR +

SALIDA

V in n x = --------------- ⋅ n F V Ref

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-16

A/D: Convertidores Tensión-Frecuencia

CONTROL C Vin

-

R

-

Vo

+ +

Vref

CLOCK

V in F = -----------------------RCV Ref

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-17

A/D: Convertidores Paralelo +

Vref1 +

Vref2

DECODIFICADOR

bits

-

Vin +

Vref2n

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS

T7: Convertidores Digital/Analógico y Analógico/Digital

7-18

A/D: Caracterización Cuantización - Estáticos - Dinámicos:

RESOLUCIÓN: Entrada --> LSB/2 Salida --> Número de bits que posee la salida digital

ESTÁTICOS: Offset: Se puede cancelar Ganancia: Se puede cancelar Linealidad: Limita las prestaciones.

DINAMICOS: Tiempo de conversión: Tiempo de requerido para realizar una conversión A/D --> Frecuencia de muestreo

Circuitos Electrónicos e Instrumentación (CEI)

2º ITIS