💡 El CONVERTIDOR de SEÑAL ANALÓGICA a DIGITAL

Convertidor analógico a digital

💥  La entrada de un convertidor analógico a digital es una señal analógica y la salida es una palabra binaria que representa el nivel de la señal de entrada.

Existen diversos tipos de convertidores analógico-digitales, los más comunes son los de aproximaciones sucesivas, rampa, doble rampa y el instantáneo o flash. 😀

El de aproximaciones sucesivas es quizás el método que más se usa. La siguiente figura ilustra los subsistemas involucrados. 

Convertidor analógico digital ADC  de aproximaciones sucesivas

👱   El voltaje se genera mediante un temporizador que emite una secuencia regular de impulsos que se cuentan en forma binaria y la palabra binaria resultante se convierte a un voltaje analógico utilizando un convertidor digital a analógico. Este voltaje aumenta en escalones y se compara con el voltaje de entrada analógico del sensor. Cuando el voltaje generado por el temporizador sobrepasa el voltaje

analógico de la entrada, los impulsos del temporizador se detienen mediante el cierre de una compuerta. 

😀  La salida que en ese momento produce el contador es una representación analógica del voltaje analógico. Si la comparación se puede realizar iniciando el conteo en 1, el bit menos significativo, y

luego continuar bit tras bit en forma ascendente, el método mas rápido es el de las aproximaciones sucesivas. Se elige el bit más significativo que sea menor que el valor analógico y después se agregan bits sucesivos menores para los cuales el total no excede el valor analógico. Por ejemplo, se inicia

una comparación con 1000. Si este número es demasiado grande se prueba con 0100. Si es demasiado pequeño, se intenta 0110. Si es demasiado grande se prueba con 0101. Como cada uno de los bits de la palabra se prueba en secuencia, en una palabra de n-bit sólo se requieren n pasos para hacer la comparación. Por lo tanto, si la frecuencia del reloj es f, el tiempo entre impulsos es 1/f. De esta manera, el tiempo necesario para generar la palabra, es decir, el tiempo de conversión, es n/f.

Convertidor analógico a digital de 8 bits

La figura siguiente 👇 muestra la configuración típica de un convertidor analógico a digital de 8 bits (ZN439 Plessey GEC) diseñado para usarlo con microprocesadores aplicando el método de aproximaciones sucesivas. 

ADC ZN439

👉  En la siguiente figura se muestra cómo conectar este convertidor de manera que lo controle un microprocesador, y envíe su salida digital al microprocesador.

ZN439 conectado a un microprocesador

💢  Todos los circuitos activos, incluido el reloj, están en un solo circuito integrado. Lo primero que se debe seguir es el ADC y para ello la terminal de selección del chip se pone en posición inferior. Cuando la terminal de inicio de conversión recibe un impulso de tendencia negativa se inicia la conversión.

😀  Al termino de la conversión, la terminal de estado queda en posición baja. La salida digital se envía a un búfer interno donde se retiene hasta que se lee debido a que la terminal de activación quedó en posición baja.

Convertidor analógico digital ADC rampa

Convertidor analógico digital ADC en rampa

😊  En la modalidad rampa del convertidor analógico a digital se utiliza un voltaje analógico que se aumenta a una tasa constante, lo que se conoce como voltaje de rampa, y se aplica a un comparador donde se compara con el voltaje analógico del sensor. El tiempo que el voltaje rampa tarda en tener el valor del voltaje del sensor dependerá de la magnitud del voltaje analógico muestreado.

Cuando inicia el voltaje de rampa, se abre una compuerta para arrancar un contador binario que cuenta los impulsos regulares del temporizador. Cuando ambos voltajes son iguales, la compuerta se cierra y la palabra que indica el contador es la representación digital del voltaje analógico muestreado. La figura anterior muestra el subsistema de la modalidad rampa del convertidor analógico a digital.

👉  El convertidor de rampa doble es más común que el de una sola rampa; la siguiente figura muestra el circuito básico. 

Convertidor analógico digital ADC de rampa doble

💥  El voltaje analógico se aplica al integrador que maneja el comparador. La salida del comparador aumenta en cuanto la salida del integrador es mayor que unos cuantos milivoltios. Cuando la salida del comparador es alta, una compuerta AND pasa impulsos a un contador binario. Este cuenta los impulsos hasta que se produce un desbordamiento. El contador vuelve al valor cero y envía una señal a un interruptor que desconecta el voltaje desconocido, conecta el voltaje de referencia e inicia de nuevo el conteo. La polaridad del voltaje de referencia es opuesta a la del voltaje de entrada. El voltaje del integrador entonces disminuye a una tasa proporcional del voltaje de referencia. Cuando la salida del integrador es cero, el comprador produce un valor bajo, con lo cual la compuerta AND también tiene un valor bajo y el temporizador se apaga. Entonces el conteo es una medida del voltaje de entrada analógico. Los convertidores analógicos a digital de rampa doble tienen un excelente rechazo al ruido debido a que la acción integral promedia las contribuciones aleatorias negativas y positivas a lo largo

del periodo de muestreo. Sin embargo, estos convertidores son muy lentos.

El convertidor analógico a digital instantáneo o flash es muy rápido.

💣   En un convertidor de n bits se utilizan en paralelo 2n – 1 comparadores de voltaje, y en cada uno de ellos el voltaje de entrada analógico es una entrada, como vemos en la siguiente 👇 figura. 

Convertidor analógico digital ADC instantáneo

💦  Un voltaje de referencia se aplica a una escalera de resistores de manera que el voltaje aplicado como entrada en cada comparador tenga una magnitud un bit mayor que el voltaje aplicado al comparador anterior de la escalera. Por lo tanto, cuando al ADC se aplica el voltaje analógico, todos los comparadores con voltaje analógico mayor que el voltaje de referencia de un comparador producirán una salida alta y en los que el voltaje es menor darán una salida baja. Las salidas obtenidas se alimentan en paralelo a un sistema de compuertas lógico que las traduce en una palabra digital.

💥  Al considerar las especificaciones de los convertidores analógico a digital ADC se encontrarán los siguientes términos:

1. Tiempo de conversón es el tiempo necesario para completar la conversión de la señal de entrada. Define la frecuencia superior de la señal para realizar el muestreo sin producir una falsa duplicación; la frecuencia máxima es 1/(2 x tiempo de conversión).
2. Resolución es la señal a escala total dividida entre 2n, donde n es la cantidad de bits. Con frecuencia se especifica sólo indicando el número de bits.
3. Error de linealidad es la desviación respecto a una línea recta que pasa por cero y a escala total. Su valor máximo es +-1/2 de LSB.

La tabla siguiente 👇 muestra detalles de las especificaciones de los convertidores analógico a digital más utilizados.

Escrito por Archie Tecnology