1 EN EL MUNDO REAL, LOS FENÓMENOS SE SUCEDEN DE MANERA ANALÓGICA. ES DECIR, LOS VALORES ASOCIADOS CON ESTOS FENÓMENOS, POR EJEMPLO LA TEMPERATURA, O LA DISTANCIA, O LA VELOCIDAD, VARÍAN DE UNA MANERA CONTINUA Y GRADUAL, PUDIENDO ASUMIR UNO CUALQUIERA DE UN NUMERO INFINITO DE VALORES. LAS VARIABLES ANÁLOGAS, ASOCIADAS A TALES FENÓMENOS, SE OBTIENEN POR LO GENERAL MEDIANTE EL USO DE TRANSDUCTORES, LOS CUALES SE ENCARGAN DE SENSAR AL FENÓMENO O VARIABLE DE INTERÉS, PARA ENTREGAR A SU SALIDA UN VOLTAJE O UNA CORRIENTE CUYA VARIACIÓN SEA ANÁLOGA A LA DEL FENÓMENO NO SENSADO. PARA SU PROCESAMIENTO DIGITAL, TALES VOLTAJES O CORRIENTES, ANÁLOGOS, DEBEN SER CONVERTIDOS A CANTIDADES NUMÉRICAS BINARIAS QUE PUEDAN SER ASIMILADAS POR LOS DISPOSITIVOS DIGITALES A LOS CUALES SE DIRIGEN. EL PROCESO DE CONVERSIÓN REQUIERE DE DOS PASOS A SABER: ES NECESARIO OBTENER LOS VALORES DE LA VARIABLE A SER CONVERTIDA Y, POSTERIORMENTE, LLEVAR ESTAS MUESTRAS DE CORRIENTE O DE VOLTAJE, A LA ENTRADA DEL DISPOSITIVO QUE SE ENCARGARÁ DE CONVERTIR EL DATO ANALÓGICO A UN DATO BINARIO.
Interfase con el Mundo Analógico
2 Interfase con el Mundo Analógico EN SISTEMAS CONTROLADOS POR COMPUTADORA, UNA VEZ QUE LA INFORMACIÓN DE LOS SENSORES, O DE LOS TRANSDUCTORES, HA SIDO INGRESADO A LA MAQUINA, ESTA OPERA SOBRE LOS DATOS RECIBIDOS EMITIENDO LOS COMANDOS NECESARIOS PARA QUE EL SISTEMA SE COMPORTE DE ACUERDO CON LO DESEADO. LOS COMANDOS EMITIDOS POR LA COMPUTADORA SON IGUALMENTE DIGITALES; EN OCASIONES PUEDEN SER SENCILLOS, ORDENANDO SIMPLEMENTE EL CIERRE O APERTURA DE UN INTERRUPTOR. NO OBSTANTE, ALGUNOS DE LOS COMANDOS DEBERÁN, POR EJEMPLO REGULAR EL FLUJO DE COMBUSTIBLE EN UN AUTOMOTOR, LO QUE REQUIERE DE UN VOLTAJE ANÁLOGO QUE CONTROLE QUÉ TANTO DEBE ABRIR O CERRAR UNA VÁLVULA EN PARTICULAR.
3 CIRCUITERIA BASICA DE LOS DAC UN CONVERSOR D/A FUNCIONA BÁSICAMENTE COMO UN SUMADOR, CONVIRTIENDO UNA PALABRA DIGITAL, POR LO GENERAL UN BYTE, A UN VOLTAJE ANÁLOGO EQUIVALENTE SUMANDO TODOS LOS UNOS PERO ASIGNÁNDOLES UN PESO DE ACUERDO A LA POSICIÓN DENTRO DE LA PALABRA. EN EL SISTEMA BINARIO, EL BIT MÁS SIGNIFICATIVO ES EL DE MAYOR PESO, O IMPORTANCIA. EL BIT QUE LE SIGUE, HACIA LA DERECHA, POSEE LA MITAD DE ESTE PESO Y ASÍ SUCESIVAMENTE. LOS CONVERTIDORES D/A SE CONSTRUYEN, POR LO GENERAL, UTILIZANDO REDES DE RESISTENCIAS CUYOS VALORES REFLEJAN LOS PESOS DE LOS DIFERENTES BITS, Y SUMANDO LAS CORRIENTES RESULTANTES POR MEDIO DE UN CIRCUITO SUMADOR CONSTRUIDO A BASE DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL. LA IDEA ES QUE LOS BITS DE MÁS PESO CONTRIBUYAN MÁS CORRIENTE.
4 CIRCUITERIA BASICA DE LOS DAC PUESTO QUE EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL OPERA REALIMENTADO EL VOLTAJE EN EL PUNTO A ES CERO, POR SER TIERRA VIRTUAL. POR TANTO LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR CADA UNA DE LAS RESISTENCIAS ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A SUS RESPECTIVOS VALORES. POR EJEMPLO LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR LA RESISTENCIA R/2 ES EL DOBLE DE LA CORRIENTE QUE CIRCULA POR LA RESISTENCIA R Y ASI, SUCESIVAMENTE. POR ESTO, EL BIT DE MÁS PESO, B7, EN ESTE CASO, APORTA MAYOR CANTIDAD DE CORRIENTE. LAS CORREINTES QUE CIRCULAN POR LAS 8 RESISTENCIAS TAMBIEN LO HACEN POR LA RESISTENCIA DE REALIMENTACION, Rf, POR LO QUE LA MAGNITUD DEL VOLTAGE A LA SALIDA ES IGUAL AL PRODUCTO DE LA CORRIENTE TOTAL (LA SUMA DE TODAS LAS CORRIENTES) POR EL VALOR DE ESTA RESISTENCIA
5 CIRCUITERIA BASICA DE LOS DAC A PESAR QUE EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL DAC, ANTERIORMENTE EXPUESTO, ES SENCILLO, NO SE UTILIZA EN LA PRACTICA, DEBIDO A QUE SE REQUIERE DE VARIAS RESISTENCIAS DE VALORES DIFERENTES CADA UNA, LAS CUALES DEBEN CUMPLIR CON REQUISITOS ESTRICTOS DE PRECISIÓN PARA GARANTIZAR LA EXACTITUD EN LA OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR. ESTO ELEVA LOS COSTOS Y DIFICULTA EL PROCESO DE FABRICACION, POR LO CUAL, EN SU LUGAR, SE UTILIZA UN CIRCUITO COMO EL QUE SE ENSEÑA EN LA FIGURA SIGUIENTE, ESTE CIRCUITO CONOCIDO COMO RED EN ESCALERA R-2R, UTILIZA UNICAMENTE DOS VALORES DE RESISTENCIAS, POR LO CUAL SU IMPLEMENTACION ES MUCHO MÁS SENCILLA.
6 CIRCUITERIA BASICA DE LOS DAC EL DAC MOSTRADO EN LA FIGURA TIENE LA VENTAJA DE UTILIZAR SOLO DOS VALORES DE RESISTECIA R-2R, POR LO CUAL ES MUCHO MÁS PRACTICO IMPLEMENTAR ESTE CIRCUITO QUE EL DAC EXPUESTO ANTERIORMENTE.
7 CONVERTIDORES D/A COMERCIALES. (EL DAC0800) ESTE DAC, FABRICADO POR NATIONAL SEMICONDUCTOR, ES UN CONVERSOR DE 8 BITS DE ALTA VELOCIDAD. LA SALIDA ES UNA FUENTE DE CORRIENTE, POR LO CUAL DEBE SER CONVERTIDA A VOLTAJE, UTILIZANDO UNA SIMPLE RESISTENCIA, O UN CONVERTIDOR ACTIVO DE CORRIENTE A VOLTAJE CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES. EN LA FIGURA SE MUESTRA LA MANERA TIPICA DE CONEXION DE ESTE DISPOSITIVO.
8 CONVERTIDORES D/A. (EL DAC0800) OBSERVE QUE EL DAC0800 POSEE DOS SALIDAS DE CORRIENTES BALANCEADAS, LO QUE PERMITE GENERAR VOLTAGES DIFERENCIALES A SU SALIDA. ES POSIBLE, SI SE DESEA, UTILIZAR SOLO UNA DE LAS FUENTES DE CORRIENTE COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA ADJUNTA.
9 CONVERTIDORES A/D LOS CONVERTIDORES A/D COMPLEMENTAN LA FUNCION DE LOS D/A. SU FUNCION ES DE CONVERTIR CANTIDADES ANALOGICAS A NUMEROS BINARIOS. EXISTEN VARIAS ALTERNATIVAS PARA LA CONSTRUCCION DE LOS CONVERTIDORES A/D PRACTICAMENTE TODOS ELLOS REQUIEREN DE UN ELEMENTO MUY SIMPLE PERO DEFINITIVO QUE ES EL COMPARADOR CUYO SIMBOLO ESQUEMATICO Y CURVA DE OPERACIÓN SE MUESTRA EN LA FIGURA. LA SALIDA DEL COMPARADOR MOSTRADO, ES ECENCIALMENTE DIGITAL. ESTO ES, ES ALTA SI LA ENTRADA A ES MAYOR QUE B Y BAJA EN CASO CONTRARIO
10 CONVERTIDORES A/D EL COMPARADOR AMPLIFICA LA DIFERENCIA DE VOLTAJES A SU ENTRADA PARA PRODUCIR LA SALIDA. DONDE G, ES LA GANANCIA DEL AMPLIFICADOR Y A Y B LOS VOLTAJES DE ENTRADA.
11 CONVERSOR A/D DE RAMPA SIMPLE EN LA FIGURA SE MUESTRA EL DISAGRAMA ESQUEMATICO SIMPLIFICADO DE UN CONVERSOR A/D DE RAMPA SIMPLE. SE CONSTRUYE A PARTIR DE ELEMENTOS TAN SENCILLOS COMO UN CONTADOR BINARIO DE 8 BITS, UN CONVERTIDOR D/A, UN COMPARADOR ANALOGICO Y UNA COMPUERTA AND.
12 CONVERSOR A/D DE RAMPA SIMPLE LA OPERACIÓN DEL COMPARADOR SE INICIA CUANDO EL PULSADOR S1 SE PRESIONA MOMENTANEAMENTE PARA INICIAR EL CONTADOR A CERO. ESTO CAUSA QUE A LA SALIDA DEL DAC SE TENGA UN VOLTAJE DE CERO Y QUE, POR TANTO, A LA SALIDA DEL COMPARADOR SE TENGA UN NIVEL LOGICO ALTO COMO RESULTADO LA COMPUERTA AND SE HABILITA PARA PERMITIR EL PASO DE RELOJ HACIA EL CONTADOR. EL NUMERO EN EL QUE SE DETIENE LA MARCHA DEL CONTADOR ES EL EQUIVALENTE DIGITAL DEL VOLTAJE DE ENTRADA.
13 CONVERTIDOR A/D DE APROXIMACIONES SUCESIVAS EN LA FIGURA SE MUESTRA UN DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UN ADC DE CUATRO BITS QUE UTILIZA EL METODO DE APROXIMACIONES SUCESIVAS PARA CONVERTIR EL DATO. APARTE DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL ESTOS ADC’s CONSTAN DE UN REGISTRO DE APROXIMACIONES SUCESIVAS, UN DAC Y UN COMPARADOR.
14 CONVERTIDOR A/D DE APROXIMACIONES SUCESIVAS AL INICIAR UN CICLO DE CONVERSION, EL CONTROL DEL DISPOSITIVO COMIENZA POR APLICAR UN 1 LOGICO AL BIT MÁS SIGNIFICATIVO DEL SAR. LA SALIDA DEL DAC SE COMPARA CON EL VOLTAJE DE ENTRADA A SER CONVERTIDO. SI ESTA MAYOR QUE EL VOLTAJE DE ENTRADA, EL UNO LOGICO SE ELIMINA Y EN SU LUGAR SE PONE UN 0. POR EL CONTRARIO, SI LA COMPARACION INDICA QUE LA SALIDA DEL DAC ES MENOR QUE EL VOLTAJE DE ENTRADA, EL 1 LOGICO EN LA POSICION MÁS SIGNIFICATIVA SE DEJA. CUMPLIDA ESTA FASE, EL CONTROL PROCEDE A COLOCAR AHORA UN 1 EL SIGUIENTE BIT MÁS SIGNIFICATIVO Y A REPETIR EL PROCEDIMIENTO DESCRITO. UN CONVERTIDOR DE OCHO BITS, POR TANTO SOLO REQUERIRÁ DE 8 CICLOS COMO ESTOS PARA COMPLETAR LA CONVERSIÓN EL METODO DE APROXIMACIONES SUCESIVAS ES EL MÁS EMPLEADO EN LA FABRICACION DE ADC’S DEBIDO A QUE REQUIEREN DE UN MENOR TIEMPO DE CONVERSION QUE LOS OTROS METODOS
15 PARAMETROS MÁS IMPORTANTES DE LOS CONVERTIDORES LOS PARAMETROS MÁS IMPORTANTES A LA HORA DE SELECCIONAR UN DAC O UN ADC SE MENCIONAN A CONTINUACION: LA RESOLUCION EL NUMERO DE BITS TIEMPO MÁXIMO DE CONVERSION CODIGO DE SALIDA MODO DE SALIDA TIEMPO DE ESTABILIZACION
16 LA RESOLUCION ES EL CAMBIO MÁS PEQUEÑO EN EL VOLTAJE ANÁLOGO DE ENTRADA QUE SE REFLEJA EN UN CAMBIO DE 1 BIT EN LA SALIDA DIGITAL. SE CALCULA DIVIDIENDO EL RANGO DE VOLTAJES DE ENTRADA POR EL NUMERO DE CODIGOS BINARIOS QUE PUEDE GENERAR EL CONVERTIDOR.
17 EL NUMERO DE BITS ES EL NUMERO DE BITS A LA SALIDA DEL CONVERTIDOR. EN MUCHAS OCASIONES, LA RESOLUCION DEL DISPOSITIVO SE EXPRESA SIMPLEMENTE ESPECIFICANDO EL NUMERO DE BITS A LA SALIDA. A MAYOR NUMERO DE BITS MEJOR ES LA RESOLUCION
18 EL RANGO DE VOLTAJES DE ENTRADA EL RANGO PERMISIBLE DE VOLTAJES DE ENTRADA QUE PUEDEN SER CONVERTIDOS. EJEMPLO: CALCULAR LA RESOLUCION DE UN CONVERTIDOR A/D DE 8 BITS CUYO RANGO DE VOLTAJES PERSIBLES DE ENTRADA ESTA ENTRE 0 Y 5V
19 PARAMETROS IMPORTANTES EN LOS CONVERTIDORES TIEMPO DE CONVERSION.- ES EL TIEMPO QUE TARDA UN CONVERTIDOR EN COMPLETAR LA CONVERSION DE UN DATO. CODIGO DE SALIDA.- ALGUNOS CONVERTIDORES A/D ENTREGAN CODIGOS BINARIOS MIENTRAS QUE OTROS ENTREGAN DATOS EN BCD MODO DE SALIDA.-ES POSIBLE TENER SALIDAS DE VOLTAJE O DE CORRIENTE EN LOS CONVERTIDORES D/A TIEMPO DE ESTABILIZACION.- ES EL TIEMPO NECESARIO PARA QUE EL VOLTAJE ANALOGO A LA SALIDA DE UN DAC SE ESTABILICE A SU VALOR FINAL.
20 CONVERTIDORES A/D COMERCIALES. EL ADC0804 EL ADC0804 FABRICADO POR INTERSIL, ES UN A/D DE 8 BITS, CON UN TIEMPO DE CONVERSION DE 100uS RECIBE SEÑALES EN CONFIGURACION DIFERENCIAL QUE ESTAN ENTRE 0 Y 5 VOLTIOS. EN LA FIGURA SE MUESTRA UN DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UNA CONEXIÓN TIPICA
21 CONVERTIDORES A/D COMERCIALES. EL ADC0808 EL ADC0808 ES UN CONVERTIDOR DE 8 BITS CON UN MULTIPLEXOR ANALOGO INCORPORADO DE 8 CANALES, SU TIEMPO DE CONVERSION ES DE 100us Y RECIBE SEÑALES EN CONFIGURACION DIFERENCIAL QUE ESTAN EN UN RANGO DE 0 A 5 VOLTIOS. EL MULTIPLEXOR NOS PERMITE CONVERTIR HASTA 8 SEÑALES ANALÓGICAS EN 800us.