Convertidor Analogico/Digital

Un convertidor analogico-digital toma un voltaje de entrada analógico y después de cierto tiempo produce un código con salida digital que representa a la entrada analógica con una precisión y resolución determinada.

Dado que él numero de bits que se obtienen de un convertidor es finito, el código de salida deberá ser siempre deberá ser siempre el correspondiente al valor más cercano que puede representarse mediante los bits, la conversión digital efectúa una cuantificacion en la entrada analógica, acotándola entre dos niveles consecutivos cuya distancia es precisamente el grado de resolución obtenido.

Existen diversos tipos de convertidores en igual forma utilizados para efectuar la conversión, en unos casos se efectúa la conversión directa, por comparación contra una tensión de referencia, en otros casos se efectúa una transformación a una variable intermedia, como puede ser el tiempo, también puede efectuarse la conversión AD efectuando una conversión inversa DA, usando al mismo tiempo una estructura de retroalimentacion, si se usa lazo cerrado reciben entonces el nombre de servoconvertidores, según sea el método utilizado se obtienen distintas características de precisión, rapidez de conversión y costo.

El proceso de conversión AD es generalmente mas completo y largo que el proceso inverso DA, se han creado y utilizado muchos métodos de conversión AD como son:

- Escalera

- Rampa Digital Simple

- Doble Rampa

- Rampa Digital Bipolar

- Ráfaga

- Conversión Serie Paralelo

- Aproximaciones sucesivas

Los convertidores de aproximaciones sucesivas contienen un valor fijo en su tiempo de conversión que no depende del valor de la entrada analógica, la disposición básica es semejante a la de ADC de rampa digital, sin embargo, el convertidor de aproximaciones sucesivas no utiliza ningún contador para dar la entrada en el bloque del convertidor DAC, pero en cambio usa un registro con lógica de control que modifica el contenido del registro bit a bit hasta que los datos del registro son el equivalente digital de la entrada analógica.

El tiempo de conversión de los convertidores de aproximaciones sucesivas de "n" bits requieren "n" ciclos de reloj para realizar su conversión sin importar la magnitud del voltaje que esta presente en su entrada, esto se debe a que los circuitos de control tienen que ensayar un 1 lógico en cada posición del bit para ver si se necesita o no, es por esto que los convertidores de aproximaciones sucesivas tienen tiempos de conversión muy rápidos, su uso en aplicaciones de sistemas con adquisición de datos permitirán que se adquieran mas valores de datos en un intervalo de tiempo dado. Esto puede ser muy importante cuando los datos analógicos cambian su valor rápidamente.

Utilidad de la digitalización de una señal


En el control automático resulta conveniente efectuar las funciones de regulación de sistemas mediante técnicas digitales, sin embargo en la gran mayoría de los procesos la señal disponible es analógica, ya que son muchos los transductores que poseen una salida eléctrica de tipo analógica, correspondiente a la magnitud de la variable de medición como pueden ser las señales de audio, video, los puentes de medición, las celdas extensiometricas, los termopares, etc.

Estas características nos obligan a tener que efectuar una conversión analogica-digital (ADC), por otro lado puede ser necesario actuar analógicamente sobre un controlador o elemento de control final, o efectuar una representación analógica sobre un registrador, una pantalla, etc. lo que nos obliga a realizar la conversión inversa, esto es, digital analógica (DAC), es necesario pues disponer de estos elementos capaces de efectuar esta conversión en uno u otro sentido, con unas características de velocidad adecuadas a cada caso.

Pasos para digitalizar una señal


Muestreo:

Durante un intervalo de tiempo fijo, el voltaje analógico conectado al integrador eleva el voltaje en la entrada del comparador a algún nivel positivo. Al final del intervalo de conteo fijo, el contador se inicializa a cero, y el interruptor electrónico conecta el integrador con un voltaje de entrada fijo o de referencia.

Codificación:

La salida del integrador (o entrada del capacitor) disminuye entonces una tasa fija hasta que cae por abajo del voltaje de referencia del comparador, momento en el cual la lógica de control recibe una señal (la salida del comparador) para detener la cuenta. El valor digital almacenado en el contador es entonces la salida digital del convertidor.

Cuantificacion:

El uso del reloj e integrador para realizar la conversión durante los intervalos de pendiente positiva y negativa tiende a compensar la desviación de la frecuencia del reloj y las limitaciones de precisión del integrador. Inicializando el valor de la entrada de referencia y la frecuencia de reloj, se puede escalar la salida del contador como se desea. El contador puede ser de tipo binario, BCD o cualquier otra forma de contador digital, si se desea.