PARÁMETROS CARACERÍSTICOS (VIII/IX)

CONVERSOR A/D A/D (ADC) (ADC) CONVERSOR (I/II). (I/II).

Alimentación parte analógica -VCC

+VCC

El ADC ADC será será un un elemento elemento •• El ideal (a (a excepción excepción del del tiempo tiempo ideal de conversión conversión (T (TC)) )) yy sólo sólo de C como dispositivo dispositivo cuantificador cuantificador como no muestreador. muestreador. no El ADC ADC comienza comienza aa cuantificar cuantificar •• El con IC. IC. Cuando Cuando finaliza finaliza lo lo con “notifica” con con FC. FC. “notifica”

-

+ Salida Digital

ADC n bits Fin de conversión (FC)

Entrada Analógica

Febrero 2002

Alimentación parte digital

Ignacio Bravo Muñoz

Reloj Otras Inicio señales de Conversión control (IC) 16

CONVERSOR A/D (I/II) En la lección previa a ésta dentro del tema 6 de la programación propuesta de Subsistemas Analógicos, se explican en detalle el funcionamiento de los conversores A/D, estructuras y diferentes modelos. Por ello aquí no se va a referenciar al funcionamiento de un tipo determinado de conversor. Simplemente se modela el ADC como un dispositivo de conversión A/D que tiene una entrada analógica y genera una palabra digital de ‘n’ bits de salida proporcional a esa señal de entrada. Para ello dentro del amplio abanico de señales que pueden tener los ADC’s (muchas de ellas propias del modelo o configuración escogido) simplemente vamos a tener en cuenta dos señales: •IC: Señal de inicio de conversión. Cuando ésta se activa se inicia el proceso de conversión de la señal de entrada. El ADC por lo tanto empieza a funcionar. •FC: Señal de fin de conversión. Cuando el ADC ha finalizado de transformar el valor analógico en uno digital, genera un pulso notificando que se ha finalizado el proceso. Justo después de este pulso el ADC entra en un proceso inactivo. Con respecto a los parámetros característicos de un ADC, dentro del gran conjunto de parámetros que hacen desviar el funcionamiento ideal del ADC, sólo nos vamos a quedar con el tiempo de conversión (TC). Éste será el que necesite el ADC desde que se da la orden de inicio de conversión hasta que el dato está disponible a la salida. Este tiempo es propio de cada tipo de ADC no existiendo un valor típico. Existen otros errores propios de conversores (linealidad, ganancia, ...) que se estudian en una lección posterior (Lección 20 del Tema 6 del programa de SA). Una de las premisas sobre las que se parte en este circuito, es que sólo funcione como elemento cuantificador no como cuantificador y muestreador. Su justificación se realizó previamente.

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PARÁMETROS CARACERÍSTICOS (IX/IX)

CONVERSOR A/D (ADC) (II/II). IC

t

FC

DATO LISTO

TC

ADC ADC ACTIVO INACTIVO

Febrero 2002

ADC INACTIVO

Ignacio Bravo Muñoz

t

17

CONVERSOR A/D (II/II) En la figura se refleja el cronograma básico de funcionamiento de un conversor A/D. En la parte superior se representa la señal de inicio de conversión (IC). En un instante determinado se genera la condición de activación y automáticamente el ADC comienza el proceso de conversión. Para ello utilizará un tiempo (tiempo de conversión (TC)) en que el ADC transformará su valor analógico en una palabra digital. Una vez finalizado ese tiempo, es decir una vez que la palabra digital esté lista, se genera un pulso en la señal FC (fin de conversión) que informará sobre el fin del proceso de conversión. Será a partir de este momento cuando se pueda dar de nuevo la orden de inicio de conversión. Así se denominará frecuencia de conversión a la cadencia de activaciones de IC. Se puede deducir de una manera clara, que en el ADC anterior (sin ningún tipo de elemento externo) esta frecuencia sólo se ve condicionada por el tiempo de conversión.

17

SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS MONOCANAL

•El sistema BÁSICO de conversión A/D es el formado por un único conversor. •Los parámetros a tener en cuenta en este sistema serán el Tc (tiempo de conversión) y Ts (período de muestreo) Febrero 2002

Ve(t)

ADC n bits FC

IC

Sistema de control IC

t

Ts

Ignacio Bravo Muñoz

19

A continuación se desarrollan diversos sistemas de conversión y preprocesado A/D, comenzando siempre por los más sencillos y posteriormente recorriendo diversas configuraciones. Cada una de ellas es óptima para unas determinadas aplicaciones, existiendo en todas ellas unas ventajas e inconvenientes que poco a poco se irán desglosando. El análisis de los sistemas se realizará en base a dos de los parámetros más importantes a la hora de elegir un sistema u otro: frecuencia de muestreo y frecuencia máxima de entrada en el conversor. El sistema más sencillo para realizar el proceso de conversión analógica digital, es el formado por un ADC cuyas señales de control y estado son gestionadas adecuadamente por un sistema de control ideal. Se definirá el tiempo de conversión (Tc) como el tiempo que necesita el conversor para realizar una conversión. Este tiempo es variable en función del tipo de conversor utilizado (rampa, aproximaciones sucesivas, Flash, ...). Se definirá como frecuencia de muestro (fs) a la cadencia con que se activa la señal de Inicio de Conversión (IC) en el ADC. Si el sistema conversor únicamente está formado por un ADC esta frecuencia no podrá ser superior al tiempo de conversión que consuma el conversor.

fs ≤

1 Tc

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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS MONOCANAL

•Un parámetro fundamental es la feMAX.ÎEstudio detallado de la señal de entrada.

Ve(t) Durante el tiempo de conversión la señal de entrada no es estable ¿Qué valor se digitaliza?

Ve(t)

TC

Tc SOLUCIÓN:

t IC

IC

Ts Febrero 2002

Ignacio Bravo Muñoz

Limitar la variación de la señal de entrada en Tc a un error máximo. Normalmente ±q/2

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Según se observa en la figura cuando se da la orden de IC, el conversor necesita un tiempo Tc para convertir ese valor analógico. ¿En qué instante de tiempo se captura el dato para digitalizar? ¿Qué valor se coge de los comprendidos en el intervalo de Tc? En principio no se puede asegurar ningún valor, sin embargo sí sabemos que si Tc fuera nulo conoceríamos con exactitud el valor analógico. Sin embargo esta hipótesis no es válida en este circuito ya que en la realidad no existe un ADC con Tc=0. Si la señal de entrada no se mantiene constante durante el Tc, el dato de salida que ofrece el circuito queda indeterminado en cuanto al instante de tiempo al que representa. Esta situación origina un flujo de datos que no tiene porqué corresponder a valores de la señal equiespaciados en el tiempo, luego no se puede asegurar un muestreo periódico. Otro principio que nos podría valer para conocer el valor del dato analógico, o al menos un valor muy cercano a él, sería limitar la variación máxima de la señal de entrada. Si se acota la variación máxima de la señal de entrada, al fin y al cabo lo que se está haciendo es asumir un error de conversión y acotar ese error. El error que se va a asumir será como máximo q/2, valor típico de un error intrínseco de conversores.

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SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS MONOCANAL

∆ VeTc ≤ ± Tc

q 2

Si la señal de entrada es senoidal

q dVe ≤ ± 2 dt MAX

fe MAX ≤

1

Otra •• Otra condición. condición.

dVe = wVp = 2π Vpfe MAX dt MAX

+ − Tcπ 2(n+1) q = FE − FE ≈ 2Vp 2n − 1 2n (1)

Ejemplo: N=8 bits; Tc=10µs Î fsMAX=100Ks/s De (2): fe