Convertidor Análogo Digital

Microprocesadores Microprocesadores

CONVERTIDOR ÓGICO DIGITAL CONVERTIDORANAL ANALÓGICO DIGITAL SU ÓN YYAPLICACIONES SUCONEXI CONEXIÓN APLICACIONES

M.C. Carlos E. Canto Quintal

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Conversión Analógica - Digital •

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La conversión A/D es un proceso de cuantización en la cual una señal analógica es representada por su equivalente en estados binarios La digitización de las señales tienen sus desventajas: – La señal analógica nunca puede ser exactamente representada o reconstruida. Siempre habrá algo de error. – Una señal digitizada , cuando se transmite por un canal de comunicación, requiere un ancho de banda mayor que la del canal original. Por ejemplo, un canal telefónico de voz análogo requiere un ancho de banda de aproximadamente 4Khz pero su equivalente digital el canal es de 64 kbps

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Especificaciones de un convertidor A/D • Tiempo de conversion: es el tiempo requerido para completar una conversión de la señal de entrada. Establece el límite de la frecuencia más alta de la señal que puede ser muestreada sin “aliasing”.

fMAX=

1 2* tiempo de conversión

• Resolución : el número de bits del convertidor da la resolución y por lo tanto la señal analóga de entrada más pequeña para la cual el convertidor producirá un código digital. Puede ser dada en términos de la señal de entrada de plena escala: Resolución =

Señal de plena escala 2n

Frecuentemente la resolución se da solo con el número de bits,n, o como un por ciento del máximo M.C. Carlos E. Canto Quintal

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Especificaciones de un convertidor A/D Exactitud: la exactitud relaciona la señal más pequeña con la señal medida. La exactitud es dada como un por ciento y describe que tan cerca es la medición del valor real La señal es exacta dentro de =

VRESOLUCIÓN VSEÑAL

X100%

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Especificaciones de un convertidor A/D Linearidad: Es la desviación de los códigos de salida de la línea recta trazada entre el cero y el valor de plena escala. La mejor que se puede conseguir es +-1/2 del bit menos significativo ( +-1/2LSB ) 11 Código de 10 salida 01 +-1/2LSB 00

Voltaje de entrada

Plena escala M.C. Carlos E. Canto Quintal

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Errores de los convertidores A/D • El error fundamental en una conversión es llamado error de cuantización. Este se debido a +- del convertidor y no puede ser la resolución menor de ½ LSB. • Hay tres fuentes de error en una conversión A/D: – Ruido, – Traslapamiento (Aliasing) – y tiempo de apertura

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Errores de los convertidores A/D • El RUIDO: todas las señales tienen ruido, lo deseable es + que el valor de pico a pico del ruido sea menor que - ½ LSB . Esto significa que debemos escoger la resolución del convertidor apropiadamente o reducir el ruido de la señal Señal Señal+Ruido +Ruido

+- ½ LSB

VRuido

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Errores de los convertidores A/D Traslapamiento (Aliasing): los errores debidos al “traslapamiento” son difíciles de cuantificar. Dependen de amplitud relativa de la señal a frecuencias abajo y arriba de la frecuencia de Nyquist. El diseño del sistema debe incluir un filtro paso bajo para atenuar las frecuencias de la señal arriba de la frecuencia de Nyquist.

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Errores de los convertidores A/D • Error de tiempo de apertutra: un error significativo en un sistema digitizador es debido a la variación de la señal durante el tiempo de apertura. • Un buen diseño deberá tener un incertidumbre ,∆V, menor que un bit menos significativo. • El tiempo de apertura necesario para reducir el error a + ½ LSB es: tAP =

1 n

2 Π fMAX 2 n

Apertura Aperturadel delA/D A/D

∆V

+- ½ LSB

tAP M.C. Carlos E. Canto Quintal

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Sample and Hold • En muchos convertidores A/D, el tiempo de apertura y el tiempo de conversión es lo mismo. El A/D está “observando” a la señal mientras está convirtiéndola

Entrada aná análoga

+1 +1

+1 +1

Señ Señal aná análoga sostenida

Muestreo M.C. Carlos E. Canto Quintal

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Escogiendo un convertidor A/D • El diseñador debe escoger: – El número de bits o resolución y la velocidad o tiempo de conversión del convertidor. – El tipo de código digital de salida del convertidor. – El tiempo de apertura debe ser calculado y tomar la decisión de incluir o no un sample- hold y un filtro antialias en el sistema.

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Escogiendo un convertidor A/D • Hay dos formas para escoger la resolucíón del ADC: – La primera es encontrar el rango dinámico de la señal de entrada y escoger el número de bits basado en éste.

• El rango dinámico de cualquier señal es definido como: Rango Diná Dinámico=

VMAX VRuido

Donde: VMAX es el Valor má máximo de la señ señal de entrada VRUIDO es el valor del ruido Nos gustarí gustaría que el ruido este dentro del +- ½ LSB, y para que esto sea verdad, el nú número de bits es:

N>= log 2

VMAX VRuido M.C. Carlos E. Canto Quintal

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Escogiendo un convertidor A/D – La otra manera de escoger el número de bits de un ADC, es basada en la resolución requerida en la señal .

• Aquí , VMIN es la resolución requerida , y determina el número de bits VMAX N>= log 2 VMIN

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CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DEL ADC0804 ‰ Resolución De 8 Bits ‰ Habilidad De Conexión Directa Al Bus Del Microprocesador ‰ Tiempo De Conversión