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UNIDAD 5.CONVERTIDORES DIGITALANALGICO (D/A) ANALGICODIGITAL (A/D) 5.1 INTRODUCCIN Mechas variables fsicas son de naturaleza analgica y pueden tomar cualquier valor dentro de un rango continuo de stos. Como Ejemplos de variable s de este tipo de incluyen la temperatura, presin, intensidad luminosa, seales de audio. Velocidad rotacional y velocidad de flujo entre otras. Por ejemplo, la salida de voltaje de un amplificador de audio hacia los altavoces. Este voltaje es una cantidad analgica porque cada uno de sus posibles valores produce una respuesta diferente en el altavoz, y por lo tanto su valor exacto si es significativo. Una cantidad digital tiene un valor que se especifica por una de las posibilidades como un 0 o 1, ALTO o BAJO, falso o verdadero, y as sucesivamente. En la prctica una cantidad digital, como u voltaje, podra tener un valor dentro de cualquiera de los rangos especificados. Por ejemplo, para la lgica TTL, se sabe que: De 0.0 V a 0.8 V equivale a un 0 Lgico De 2.0 V a 5.0 V equivale a un 1 Lgico Ahora los valores exactos de los voltajes no son significativos, ya que los circuitos digitales responden de la misma manera para todos los voltajes que se encuentran dentro de un rango dado. Por otra parte, los circuitos analgicos procesan las variables fsicas no muy rpidamente, ya que manejan 10 posibles valores y los circuitos digitales procesan variables fsicas o seales ms rpidamente ya que tienen nicamente dos posibles valores, 0 y 1. Es por ello que se crearon los convertidores analgicodigital, para poder aumentar la velocidad del procesamiento de las seales, tambin se crearon convertidores digitalanalgico para mostrar el resultado de este proceso. Por lo tanto ambos convertidores sirven para acoplar los sistemas analgicos con los sistemas digitales y viceversa, es decir para que exista compatibilidad 5.2.PRINCIPIO SE LA CONVERSIN D/A Y A/D. Para conocer los principio bsicos de la conversin D/A y A/D, analizaremos un proceso completo de una variable fsica cualquiera. La figura 5.1 muestra el diagrama de los cinco elementos que participan cuando una computadora vigila y controla una variable fsica que se presume es analgica. Entrada Entradas Salidas Salida Analgica Digitales Digitales Analgica Fig. 5.1. Los convertidores analgicodigital (ADC)y digitalanalgico(DAC) se utilizan para conectar la computadora con el mundo analgico de forma que sta pueda vigilar y controlar una variable Fsica. 1

A continuacin se explican las funciones de cada uno de los bloque del diagrama de la figura 5.1. 1.TRANSDUCTOR. Por lo general, la variable fsica no es una cantidad elctrica, un transductor es un dispositivo que convierte una variable fsica en una elctrica. La salida elctrica de un transductor es una corriente o un voltaje analgico proporcional a la variable fsica. Los transductores son en general rodos los tipos de sensores. 2.CONVERTIDOR ANALGICODIGITAL (ADC) . La salida analgica (Elctrica) del transductor es la entrada al AD. El ADC convierte esta entrada en una salida digital, esta ultima consiste de varios bits que representan el valor de la entrada analgica. 3.COMPUTADORA. La representacin digital de la variable del proceso se transmite desde el ADC hacia la computadora, quien lo almacena y procesa de acuerdo con las instrucciones del programa en ejecucin. 4.CONVERTIDOR DIGITALANALGICO (DAC). La salida digital de la computadora se conecta a un DAC, que la da a un voltaje o corriente proporcional. 5.ACTUADOR. Frecuentemente, la seal analgica que proviene del DAC est conectada a algn circuito o dispositivo que sirve como actuador para el control de la variable fsica. Es as como se observa que los ADCs y los DACs funcionan como interfase entre un sistema totalmente digital como lo es una computadora, y el mundo analgico, esta funcin cada vez tiene mayor importancia a medida que las microcomputadoras de bajo costo entran en reas de control de procesos donde antes no era factible su uso. 5.3.ESPECIFICACIONES DE LOS CONVERTIDORES Se deben de conocer las especificaciones ms importantes de los convertidores D/A y A/D. para poder utilizarlos en una aplicacin determinada. Algunas de estas especificaciones son: 1.RESOLUCIN.La resolucin porcentual de un DAC depende nicamente del nmero de bits que este posea. 2.PRECISIN.Los fabricantes de DACs tienen varios manearas de especificar la precisin, siendo las dos ms comunes las llamadas error de escala completa y error de linealidad . El error a escala es la mxima desviacin de salida del DAC de su valor ideal, expresado como un porcentaje a escala completa. El error de linealidad es la desviacin mxima en el tamao de paso, esto hablando del paso ideal. 3.ERROR DE DESPLAZAMIENTO (offset).El el caso ideal, la salida de un DAC ser de cero volts, pero en la practica habr un voltaje de cada muy pequeo para esta situacin y se llama error de desplazamiento si este error de desplazamiento no se corrige se sumar a la salida del DAC. 4.TIEMPO DE ESTABLECIMIENTO.Es el tiempo requerido para que la salida del DAC cambie de 0 a su valor de escala completa, cuando todos los bits de la entrada binaria cambien de 0 a 1.

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En la practica el tiempo de establecimiento es de + del tamao de paso de su valor final. 5.MONOTONICIDAD. Un DAC es monotnico, si su salida aumenta a medida que la entrada binaria se incrementa de un valor a otro. 5.4.CONVERTIDOR DIGITALANALGICO Primero se examina la conversin D/A dado que muchos mtodos de conversin A/D utilizan elm proceso de conversin D/A. Bsicamente la conversin D/A es el proceso de tomar un valor representado en el cdigo digital ya sea como cdigo BCD o como binario directo y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. La figura 2.2a muestra el diagrama a bloques de un convertidor D/A comn de cuatro bits. No estudiaremos los circuitos internos hasta ms adelante, por ahora examinaremos las diversas relaciones de entrada y salida. D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Vsal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Fig 5.2b Fig 5.2a Fig. 5.2. Convertidor de 4 bits con salida de voltaje. Las entradas digitales D, C, B, A se derivan generalmente del registro de salida de un sistema digital Los 24=16 diferentes nmeros binarios representados por estos cuatro bits se muestran en la figura 5.2b. Para cada nmero de entrada, el voltaje de salida del convertidor D/A es un valor distinto; de hecho, el voltaje de salida analgico de VSAL es igual en volts al nmero binario. Tambin podra tener dos veces el nmero binario, o algn otro factor de proporcionalidad, la misma idea sera aplicable si la salida del D/A fuese la corriente Isal en general. Salida analgica = K X Entrada Digital (5.1)

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Donde K es el factor de proporcionalidad y tiene un valor constante para un DAC dado, claro que la salida analgica puede ser un voltaje o una corriente cuando es un voltaje dicha K tiene unidades de voltaje, en tanto que cuando es una corriente K tiene unidades de corriente. Para el DAC de la figura 5.2, K = 1 V, as que: Voltaje de Salida = (1 V) X Entrada digital Se puede utilizar la expresin anterior para calcular Vsal para cualquier valor digital de entrada. Por ejemplo, con una entrada digital de 11002 = 1210 obtenemos Voltaje de salida = (1 V) X 12 V EJEMPLO No 1. Un convertidor D/A de cinco bits tiene una corriente de cmo salida. Para una entrada digital de 10100, se produce una corriente de salida de 10 mA Cul ser el valor de Isal para una entrada digital de 11101? SOLUCIN: 101002 = 2010 Isal =K Entrada digital 10 mA =20 K 10mA =K 20 0.5 mA = K Ahora: Isal = (0.5 mA) X (111012) = (0.5)X(2910) Isal = 14.5mA Por tanto se deduce que K varia de un DAC a otro. EJEMPLO No 2.Cul es el valor mximo del voltaje producido por un DAC de 8 bits que genera 1.0 V para una entrada digital de 00110010? SOLUCIN: 001100102 = 5010 1.V = 50K por tanto K = 1 V =20mV 5 El valor mximo de la salida de obtiene cuando la entrada es 111111112 = 25510 VSAL (Max) =20 mV X 255 = 5.1 V

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SALIDA ANALGICA Desde un punto de vista tcnico, la salida de un DAC no es una cantidad analgica ya que solo puede tomar valores especficos, como los 16 posibles niveles de voltaje para V SAL en la fig 5.2; de este modo, y en este sentido, la salida en realidad es digital. Sin embargo, como veremos ms adelante, se puede reducir la diferencia entre dos valores consecutivos al aumentar el nmero de diferentes salidas mediante el incremento del nmero de bits de entrada. Esto nos permitir producir una salida cada vez mas similar a una cantidad analgica que vara de manera continua sobre un rango de valores: En otras palabras la salida del DAC es una cantidad seudoanalgica. Continuaremos refirindonos a la salida del DAC como analgica, teniendo en mente que sta es solo una aproximacin a una cantidad analgica pura. FACTORES DE PONDERACIN DE ENTRADA Para el DAC de la figura 5.2 debe observarse que cada entrada digital contribuye con una cantidad diferente a la salida analgica; esto se puede apreciar fcilmente si se examinan los casos donde solo una entrada es ALTA (tabla 5.1): A las contribuciones de cada entrada digital se les asignan factores de ponderacin segn su posicin en el nmero binario. Por lo tanto, A, que es el LSB tiene un factor de ponderacin de 1 V, B de 2 V; C de 4 V y D el MSB, tiene el mayor 8 V. Los factores de ponderacin se duplican sucesivamente para cada bit comenzando con el LSB. Por consiguiente, podemos considerar VSAL como la suma de los factores de ponderacin de las entradas digitales. Por ejemplo para hallar VSAL para la entrada digital 0111, podemos sumar los factores de ponderacin de los bits C ,B ,A a fin de obtener 4V + 2V + 1V = 7V D 0 0 0 1 C 0 0 1 0 B 0 1 0 0 A 1 0 0 0 VSAL (V) 1 2 3 4

Tabla 5.1 EJEMPLO No. 3. Un convertidor D/A de cinco bits produce Vsal = 0.2V para una entrada digital de 00001. Calcule el factor de ponderacin de Vsal para una entrada 11111. SOLUCIN: Evidentemente 0.2V es el factor de ponderacin del LSB. Por lo tanto, los de otros bits deben ser 0.4V, 0.8V, 1.6V y 3.2V, respectivamente. Para una entrada digital de 11111, en consecuencia, el factor de ponderacin de Vsal ser: Vsal = 3.2V + 1.6V + 0.8V + 0.4V + 0.2V Vsal = 6.2V. RESOLUCIN (TAMAO DE PASO)

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La resolucin de un convertidor D/A se define como la menor variacin que puede ocurrir en la salida analgica como resultado de un cambio en la entrada digital. La resolucin siempre es igual al factor de ponderacin del LSB y tambin se conoce como tamao de paso ya que es la cantidad Vsal que variar cuando el cdigo de entrada pase de un paso al siguiente. Estas lneas estn mejor ilustradas en la figura 5.3, donde las salidas de un contador binario de cuatro bits son las entradas al DAC. Conforme el contador para por sus 16 estados al aplicarse los pulsos de reloj, se observa que la salida del DAC es una forma de onda en escalera, que cambia un volt por paso. Cuando el estado del contador es 1111, la salida del DAC alcanza su mximo valor, 15V; este valor es la salida a escala completa. Cuando el contador vuelve de nuevo al estado 0000, la salida del DAC regresa a 0V. La resolucin o tamao de paso es el tamao de los escalones en la forma de onda en escalera; en este caso, cada paso es de 1V. Fig. 5.3 Formas de onda de salida del DAC cuando las entradas se obtienen de un cantador binario. En general, en un DAC de N bits, el nmero de estados diferentes es 2 mientras que el de pasos es 2 1. Por lo tanto: La resolucin = tamao de pasos = factor de proporcionalidad. En la ecuacin: Salida analgica = k x entrada digital Y se dice que la entrada digital es igual al nmero o tamao de paso, k es la cantidad de voltaje o corriente y la salida analgica es el producto de los dos. EJEMPLO No. 4. Cul es la resolucin (tamao de paso) del DAC de 5 bits, que produce Vsal = 0.2V para una entrada digital de 00001. SOLUCIN: El LSB para este convertidor tiene un factor de ponderacin de 0.2V. Por lo tanto esta es la resolucin o tamao de paso. Fig. 5.4 DAC de 5 bits con salida de 0.2V. PORCENTAJE DE RESOLUCIN Aunque la resolucin puede expresarse como la cantidad de voltaje o corriente por paso, resulta ms til expresarla como un porcentaje de la salida a escala completa. Resolucin porcentual = tamao de paso x 100% (5.2) escala completa Para la figura 5.3 R. P. = T. O. P. x 100% = 0.066 x 100% = 6.6% 6

E. C. La resolucin del DAC (nmero de bits) determina cuantos posibles valores de voltaje o corriente puede enviar la computadora hacia cualquier dispositivo analgico. EJEMPLO No. 5. La figura 5.5 muestra una computadora que controla la velocidad de un motor. La corriente analgica de 0 a 2mA. Que proviene del DAC, es amplificada de modo que sea capaz de producir velocidades del motor que vayan de 0 a 1000 r. p .m. Cuntos bits deben utilizarse para que la computadora sea capaz de producir una velocidad que se encuentre a no ms de 2 r. p. m. de la velocidad deseada?

Fig. 5.5 Control de una variable analgica. SOLUCIN: Velocidad 0 __________ 1000 r. p. m. (Escala Completa) Cada paso de la salida del DAC produce un cambio en la velocidad del motor. Lo que se desea es que este cambio no sea mayor de de 2 r. p. m. Por lo tanto 1000 = 500 pasos. 2 Luego debemos determinar cuantos bits se requieren para que existan por lo menos 500 pasos. Como N. P. = 2 1. N. P. =2 1 > 500 N. P. =2 > 500 + 1 = 501 Dado que 2 = 256 y 2 E9 = 512 Por lo tanto 9 bits es lo mnimo que se necesita para producir +/ 500 pasos. Ahora los 9 bits. Cmo se puede ajustar la velocidad del motor a 326 r. p. m.? Como 2 1 = 2E91 = 512 1 = 511

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De este modo cuando la velocidad del motor aumentar en pasos de: 1000 = 1.957 r. p. m. 511 Por lo tanto 326 = 166.58 pasos = 167 pasos 1.957 La velocidad real del motor en el paso 167 es: 167 x 1.957 = 326.8 r. p. m. De este modo, la computadora debe enviar el equivalente binario de 9 bits de 167 en base 10 para producir la velocidad del motor. CODIGO DE ENTRADA BCD Los DAC's considerados hasta ahora han hecho uso de un cdigo de entra binaria. Muchos DAC's utilizan un cdigo de entrada BCD donde se emplean grupos de cdigos de 4 bits para cada digito decimal. La figura 5.6 muestra un diagrama de un convertidor de 8 bits (dos dgitos) de este tipo. Cada grupo de cdigo de 4 bits puede variar de 0000 a 1001, de manera que las entradas BCD representan cualquier nmero decimal de 00 a 99. La figura 5.7 muestra los factores de ponderacin relativos para cada uno de los diferentes bits. Observe que los bits que forman el cdigo BCD para el dgito ms significativo (MSD) tienen un factor de ponderacin que es 10 veces mayor que el correspondiente a los bits del LSD.

Fig. 5.6 DAC que emplea cdigo de entrada BCD. EJEMPLO No. 6. Si el factor de ponderacin de Ao es 0.1V en la figura 5.6, determine: Tamao de Paso. La salida a escala completa y la resolucin porcentual. Vsal para D1 C1 B1 A1 = 0101 y Do Co Bo Ao = 1000 SOLUCIN: El tamao de paso es el factor de ponderacin de LSB y del LSD, el cual es de 0.1V. Vsal (E. C.) = 99x0.1 = 9.9 Volts. 8

R. P. = tamao de paso x 100% = 0.1 x 100% = 1% Escala Completa 9.9 O bien: R. P. = 1 x 100% = 1 x 100% = 0.01 x 100% = 1% (5.3) N T. de pasos 99 c) MSD D1, C1, B1, A1 8.0, 4.0, 2.0, 1.0 LSD Do, Co, Bo, Ao 0.8, 0.4, 0.2, 0.1

Vsal = 0101, 1000 = C1 + A1 + Do = 4 + 1 +0.8 = 5.8 V. O bien: Vsal = 0101, 1000 = 58 (base 10) x 0.1 = 5.8 Volts. DAC BIPOLAR. Hasta este momento hemos supuesto que la entrada binaria al DAC es un nmero binario sin signo y que la salida del DAC es un voltaje o corriente positiva. Algunos DAC's estn diseados para producir valores positivos como negativos, tales como 10V a +10V. En general lo anterior se hace utilizando la entrada binaria como un nmero con signo, donde el MSB es el bit de signo (0 para + y 1 para ). Con frecuencia, los valores de entrada negativos estn representados en forma de complemento a dos, aunque algunos DAC'S utilizan la forma de magnitud verdadera. Por ejemplo, supongamos que tenemos a la mano un DAC bipolar de 6 bits que utiliza el sistema de complemento a dos y que ofrece una resolucin de 0.2Volts. Los valores binarios en la entrada varan de 100000 (32) a 011111 (+31) para producir salidas analgicas que van desde 6.4V hasta +6.2V. Entre estos limites negativos y positivos existen 63 pasos de 0.2V. EJEMPLO No. 7. Si tenemos un DAC de 6 bits, que utiliza el sistema de complemento a dos, con una resolucin de 0.2V, los valores de la entrada varan de 100000 a 011111. Calcular el rango de la salida analgica y el nmero de pasos. SOLUCIN:

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Fig. 5.7 DAC de 6 bits, con complemento a dos. El MSB es el bit de signo (0 para + y 1 para ) 100000(32) a 011111(+31) 32 x 0.2 = 6.4V a +31 x 0.2 = 6.2V y como N de pasos = 2 6 1 = 64 1 = 63 pasos 63 pasos de 0.2 Volts. CIRCUITOS DE CONVERTIDORES D/A. La figura 5.8 (a) muestra el circuito bsico para un DAC de 4 bits. Las entradas A, B, C y D son entradas binarias que se suponen tienen valores de 0V a 5V. El Amplificador Operacional sirve como amplificador sumador, el cual produce la suma de los factores de ponderacin de estos voltajes de entrada. Debemos recordar que el Amplificador Sumador multiplica cada voltaje de entrada por la proposicin de la resistencia de retroalimentacin RF a la resistencia de entrada correspondiente Rent. En este circuito RF = 1k, de manera que el Amplificador Sumador pasa el voltaje en D sin atenuacin. La entrada C tiene Rent = 2k, de manera que ser atenuada en , en forma analgica, la entrada B ser atenuada en y la entrada A en 1/8, por consiguiente, la salida del Amplificador se puede expresar como: Vsal = (VD + 1/2VC + 1/4VB + 1/8VA) (5.4) La salida del Amplificador Sumador evidentemente es un voltaje analgico que representa una suma de los factores de ponderacin de las entradas digitales, como lo muestra la tabla de la figura 5.8 (b). Esta tabla muestra todas las posibles condiciones de entrada y el voltaje de salida del amplificador resultante. La salida es elevada con cualquier condicin de entrada, poniendo las entradas apropiadas en 0V o 5V. Por ejemplo, si la entrada digital es 1010, entonces VD = VB = 5V y VC = VA = 0V. As, al utilizar la ecuacin (5.4): Vsal = (5V + 0V + 5/4V + 0V) Vsal = 6.25V. La resolucin de este convertidor D/A es igual a la asignacin de ponderacin del LSB, que es 1/8 x 5V = 0.625V cada paso.

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Fig. 5.8 (a)

Fig. 5.8 DAC que utiliza un Amplificador Operacional con figuracin de sumador con resistencias de ponderacin binaria. DAC CON SALIDA DE CORRIENTE. La figura 5.9 muestra un esquema bsico para generar una corriente de salida analgica que sea proporcional a la entrada binaria. El circuito mostrado es un DAC de 4 bits que emplea resistencias con factores de ponderacin binarias. EL circuito utiliza 4 trayectorias paralelas para la corriente, cada una controlada por un interruptor semiconductor CMOS. El estado de cada interruptor est controlado por los niveles lgicos de las entradas binarias. La corriente que circula por cada trayectoria esta determinada por un voltaje de referencia preciso VREF y una resistencia de precisin que forma parte de la trayectoria. Las resistencias estn ponderadas en forma binaria y la corriente total, Isal, es igual a la suma de todas las corrientes. La trayectoria correspondiente al MSB tiene la resistencia 11

de valor ms pequeo, R, la siguiente trayectoria, una resistencia cuyo valor es dos veces el del primero, y as sucesivamente. La corriente de salida puede circular por una carga RL que es mucho ms pequea que Ro para que, de esta manera, no tenga ningn efecto sobre el valor de la corriente. Idealmente, RL debe ser un corto circuito a tierra. Vsal = Isal x RF (5.5)

Fig. 5.9 (a)

Fig. 5.9 (b) Fig. 5.9 (a) DAC bsico con salida de corriente. (b) Conectado a un Amplificador Operacional convertidor de corriente y voltaje. RED EN ESCALERA R/R. Los circuitos DAC con resistencias de ponderacin binarios se utilizan en teora, ya que en la practica tienen el problema de la gran diferencia entre los valores de las resistencias del LSB y el MSB, especialmente en los DACs de alta resolucin. Por que es difcil fabricar resistencias en los CI que 12

tengan valores dentro de un rango muy amplio y mantener una relacin exacta entre ellos, en especial con las variaciones de temperatura. Por esta razn, es probable tener un circuito que utilice resistencias comunes muy similares. Uno de los circuitos utilizados por los DACs que satisfacen este requerimiento es la red en escalera R/ 2R, donde los valores de resistencias abarcan un rango de 2 a 1: el la figura 5.10 se muestra uno de estos DACs. Observar la forma en que estad conectados las resistencias, y en especial que solo, se emplean dos valores diferentes, R y 2R. La corriente ISAL depende de las posiciones de los cuatro interruptores y el estado de stos es controlado por las entradas binarias B1, B2, B3, B4. No realizaremos el anlisis detallado de dicho circuito, por se puede demostrar que el valor de VSAL esta dado por la expresin V AL = VREF X B 8 Donde B es el valor de entrada binaria, la que en este caso puede variar de 0000 a 1111, es decir cero a quince respectivamente.

FIG 5.10 RED EN ESCALERA R/2R DAC CONVERTIDOR ANALOGICO DIGITAL. Un convertidor A/D toma un voltaje de entrada analgico y despus de cierto tiempo produce un cdigo de salida digital que representa la entrada analgica. El proceso de conversin A/D es generalmente ms complejo y largo que el proceso D/A, y se han creado y utilizado muchos mtodos. Algunos ADC utilizan un DAC como parte de sus circuitos. LA figura 5.11 es un diagrama a bloque general de estos DACs. La temporizacin, para realizar la operacin la proporciona la seal de reloj de entrada. La unidad de control contiene los circuitos lgicos para generar la secuencia de operacin adecuada en repuesta al comando de inicio, el cual comienza el proceso de conversin. El computador con amplificador operacional tiene dos entradas analgicas y una salida digital que intercambias estados dependiendo de cul entrada analgica sea mayor. 13

La operacin bsica de los ADCs de esta tipo consta de los siguientes pasos: 1. El comando de inicio pasa a alto dando inicio a la operacin 2. A una frecuencia determinada por el reloj, la unidad de control continuamente modifica el nmero binario que esta almacenado en el registro. 3. El nmero binario del registro es convertido en un voltaje analgico VAX; por el DAC 4. el comparador compara VAX con la entrada analgica VA. Mientras que VAX < VA, la salida del comparador permanece en alto, cuando VAX excede a VA por lo menos en una cantidad igual a VT (voltaje umbral), la salida del comparador pasa a bajo y detiene el proceso de modificacin del nmero de registro, que es el equivalente digital de VAX es as mismo el equivalente digital de VA, dentro de los limites de la resolucin y exactitud del sistema. 5.La lgica de control activa la seal de fin de conversin, FDC, cuando se completa el proceso de conversin.

FIG 5.11 DIAGRAMA GENERAL DEL CONVERTIDOR ADC EL CONVERTIDOR ADC DE RAMPA DIGITAL La Fig. 5.12 emplea un contador binario como registro y permite que el reloj incremente el estado del contador un paso a la vez hasta que VAX " VA. Este tipo de convertidor recibe el nombre de ADC de rampa digital debido a que la forma de onda en VAX es una rampa. Este convertidor contiene un contador, un DAC, un comparador analgico y una compuerta AND de control. La salida del comparador tambin proporciona la seal de conversin activa en BAJO, FDC'. Suponemos que VA, el voltaje analgico de entrada al a convertidor, es positivo, la operacin del mismo es la siguiente. 1. Se aplica el pulso de INICIO para poner al contador igual con cero. El estado alto de INICIO tambin inhibe el paso de los pulsos de reloj para la compuerta AND y de aqu hacia el contador.

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2. Cuando las entradas del DAC son todas cero, la salida de ste es VAx=0. 3. Dado que VA>VAX, la salida del comparador, FDC' es ALTO. 4. Cuando el INICIO regresa al estado BAJO, se habilita la compuerta AND, y entonces los pulsos de reloj pasan hacia el contador. 5. A medida que el contador avanza, la salida del DAC, VAX , aumenta un paso a la vez, como se muestra en la figura 5.12(b) 6. Cuando VAX " VA (VT; 10 a 100V). Este momento FDC' cambia hacia el estado BAJO e inhibe el flujo de pulsos hacia el contador, motivo por el cual ste deja de contar. 7. El proceso de conteo est finalizado, lo cual es sealado por la transicin de ALTO hacia BAJO de la seal de FDC', el conteo del contador es la representacin digital de VA. 8. El contador retiene el valor digital hasta que el siguiente pulso INICIO da comienzo nuevamente al proceso de conversin:

FIG 5.12 CONVERTIDOR ADC DE RAMPA DIGITAL IEMPO DE CONVERSIN, TC. En la Fig. 5.12 se muestra el tiempo de conversin como el intervalo de tiempo entre final del pulso Inicio y la Activacin de la salida FDC'. El contador comienza a contar desde o hasta que el voltaje VX exceda VA, donde FDC, pasa a BAJO para terminar el proceso de conversin. Para un convertidor de n bits, el tiempo de conversin ser. Tc(mx.)= 2n 1 ciclo de reloj (5.6) Algunas veces se especifica el tiempo promedio de conversin; es la mitad del tiempo mximo de conversin. Para el convertidor de rampa digital, esto ser. 15

Tc(prom.)= Tc (mx.) = 2 N1 ciclo de reloj(5.7) DAC SISTEMA DIGITAL PC Vuelve a 0000 Reso=T.de paso=1V Escala Completa 15V Vsal A B D C Reloj CONVERTIDOR D/A RESO=1V ACTUADOR 0V ADC TRANSDUCTOR D CONVERTIDOR D/A (DAC)

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C B V sal SALIDA ANALGICA A

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