En la vida cotidiana nos encontramos con la necesidad de convertir señales analógicas en digitales y digitales en analógicas, esto debido a la necesidad de interpretar las señales que nos ofrecen los distintos dispositivos y aparatos electrónicos, en la industria por ejemplo, recibimos una señal de un sensor y nosotros debemos convertirla e interpretarla adecuadamente con la finalidad de llevar acabo las acciones correspondientes para las que fue preestablecido el sensor, siendo este solo un ejemplo de la aplicación practica de la necesidad de manipular este tipo de señales. Por tanto es de suma importancia que entendamos como es este proceso de conversión desde la parte mas sencilla, comenzaremos por entender como es la conversión de digital a analógico (D/A) consideremos el circuito eléctrico más sencillo que puede diseñarse, con una fuente de alimentación y una resistencia, añadiremos a este circuito un amperímetro en serie con la resistencia de forma que la lectura que obtengamos sea la corriente que fluye por la resistencia, debemos considerar un amperímetro ideal (con resistencia interna cero) para que esto no interfiera con la señal que obtendremos en el amperímetro. Con las consideraciones anteriores tenemos que el valor de la corriente que circula por el circuito estará dado por la tención V_cc de la fuente de alimentación y por el valor de R según la ley de Ohm,
I=V_cc/R
Este circuito aunque sencillo, ya puede ser considerado como un conversor de digital analógico.
Si suponemos la fuente de alimentación con 5 volts que es el voltaje con lo que trabajan los circuitos lógicos y le damos un valor a la resistencia, mediante la ley de Ohm y resolviendo para la corriente obtendremos un valor en condiciones de conducción del interruptor (nivel lógico H), por el contrario cuando el interruptor se encuentre abierto (nivel lógico L) obtendremos entonces los estados lógicos L y H que son de tipo digital y un valor analógico para la corriente que circula por la resistencia, de manera que podemos notar la conversión de digital a analógico, este es el principio de funcionamiento de los convertidores digital a analógico de 1 bit.
De forma similar analizaremos la configuración para un convertidor de 4 bits, para esto nuestro primer objetivo es lograr una corriente proporcional para cada bit, desde el menos significativo hasta el mas significativo mediante la configuración correcta de resistencias de manera que la corriente que pase por la resistencia cero será el valor del bit cero, la corriente de la resistencia uno será el valor del bit 1, la corriente que pase por la resistencia dos será el valor del bit 2 y la corriente que pase por la resistencia tres será el valor del bit 3 de esta forma obtendremos una señal analógica para cada corriente a partir de señales digitales.
Para conocer los valores de las resistencias se trata únicamente de seleccionar de forma tal que el valor de la resistencia se reduzca a la mitad cada vez que nos movemos un dígito hacia la posición del bit mas significativo, de esta forma tendremos un incremento fijo para cada una de las posiciones del interruptor en cada bit obteniendo una salida analógica respectiva e invariante para el diseño del convertidor que estemos implementando.
Conversores Analógico/Digital
Para este proceso de conversión lo primero que se tiene que hacer es muestrear la señal analógica y después cada una de esas muestras convertirlas en digital. Para lo cual definiremos frecuencia de muestreo como el numero de veces por segundo que se muestrea o se mide cada ciclo de una señal para pasarlo a binario. En electrónica las señales cambian de valor instantáneamente en tiempos muy breves, la única forma de llevar acabo un muestreo de calidad es considerando espacios de tiempo muy cortos en el orden de los microsegundos e inclusive de los nanosegundos.
Para la conversión de analógico a digital se han ideado diversos circuitos entre los que destaca por su importancia:
El convertidor A/D tipo contador
El convertidor A/D de aproximación sucesiva
El convertidor A/D de tipo contador se trata de un contador binario ascendente, un convertidor D/A, un comparador de tensión de alta velocidad y un reloj.
Al iniciar el conversor, el contador se pone a cero y esta salida se aplica en el convertidor D/A la salida de este también será cero. En el comparador tenemos la salida del convertidor de D/A y en la otra conectamos la señal analógica, al ponerse en marcha el reloj, se inicia el conteo binario el cual se detendrá hasta que el comparador indique la igualdad de las señales la cual se envía a la lógica de control y esta a su vez bloquea el conteo binario, de esta forma para cierta señal analógica obtenemos un valor digital de cierto número de bits el cual será único para ese muestreo de la señal analógica
CONVERTIDOR A/D DE APROXIMACIONES SUCESIVAS
Una característica del convertidor A/D es la mayor rápidez de su respuesta, se representa por el diagrama siguiente:
En el funcionamiento de este conversor un reloj proporciona impulsos a la lógica de control y esta al CDA para ser comparada con la señal analógica, inicialmente el código binario aplicado al CDA esta en cero, en el primer impulso el bit mas significativo esta en H y la tensión de salida del convertidor DA se compara en el circuito comparador en la señal analógica que se desea convertir a digital, si la tensión de entrada es más alta, el bit 15 se deja a nivel H. Si la tensión de salida del CDA es más alta que la entrada, el bit 15 se pone a cero (nivel L). Con los ciclos subsecuentes los siguientes bits menos significativos se mantienen en nivel H o L dependiendo de la comparación de de las señales. En este conversor las operaciones se realizan de bit a bit desde el más significativo hasta el menos significativo tomando una mayor exactitud, otra característica de este conversor es que necesita siempre los mismos ciclos de reloj para realizar las operaciones lo cual hace que los tiempos sean iguales.
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