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Tema 09: Convertidor Analógico Digital

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Academic year: 2021

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Tema 09: Convertidor Analógico Digital

Solicitado: Ejercicios 05: Convertidor Analógico Digital

M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez

1

http://www.eafranco.com edfrancom@ipn.mx

@edfrancom edgardoadrianfrancom

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Contenido

• Convertidor A/D

• Funcionamiento básico del convertidor A/D

• ADC de Rampa digital

• ADC de Rampa Digital (Ejemplo 01)

• ADC de Aproximaciones sucesivas

• ADC Rampa digital vs aproximaciones sucesivas (Ejemplo 02)

• ADC Instantáneo o Flash

• Ejercicios 05: Convertidor Analógico Digital

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Instrumentación 09 Convertidor Analógico Digital Prof. Edgardo Adrián Franco Martínez

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Convertidor A/D

Un convertidor analógico-digital (ADC Analog-to- Digital Converter) es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario. Se utiliza ampliamente para lograr recibir señales del mundo real de manera digital. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida.

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Instrumentación 09 Convertidor Analógico Digital Prof. Edgardo Adrián Franco Martínez

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• Los convertidores A/D son dispositivos electrónicos que establecen una relación biunívoca entre el valor de la señal en su entrada y la palabra digital obtenida en su salida. La relación se establece en la mayoría de los casos, con la ayuda de una tensión de referencia.

• Un ADC posee dos señales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una señal de entrada.

• El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se puede saber, siempre y cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en

dígitos binarios. 4 4

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Funcionamiento básico del convertidor A/D

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Varios tipos

importantes de

ADC, utilizan un

DAC como parte

importante de

sus circuitos.

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• La operación básica de los ADC de este tipo consta de los siguientes pasos:

1. El comando de INICIO pasa a ALTO, dando inicio a la operación.

2. A una frecuencia determinada por el reloj, la unidad de control continuamente modifica el número binario que esta almacenado en el registro.

3. El número binario del registro es convertido en un voltaje analógico V

AX

, por el ADC.

4. El comparador compara V AX con la entrada analógica V

A.

Mientras V AX < V

A,

la salida del comparador permanece en ALTO, de lo contrario esta cambia a BAJO y detiene el proceso de modificación del numero en el registro.

5. La lógica de conversión activa la señal de fin de

conversión, FDC. 11 11

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ADC de Rampa Digital

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ADC de Rampa Digital (Ejemplo 01)

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• Si se tiene un ADC de rampa digital, que opera a una frecuencia de reloj de 1MHz, un voltaje del DAC a escala completa de 10.23V, un voltaje de referencia de 0V y una entrada de 10 bits. Determine:

a) Salida digital obtenida para un VA=3.728 b) El tiempo de conversión

c) La resolución del convertidor

d) El rango de voltajes de entrada que mantienen la misma codificación que VA=3.728.

e) El tiempo máximo de conversión

f) La frecuencia máxima de conversión

g) La frecuencia máxima de conversión según el teorema

de muestreo

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ADC de Aproximaciones Sucesivas

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• La operación básica del ADC por aproximaciones sucesivas es:

1. Primero todos los bits son cero e iniciando con el más significativo se cambia a 1 y se compara con la entrada analógica por medio de un D/A.

2. Si la salida del D/A no excede la señal de entrada, el bit se deja en 1 o viceversa.

3. Se continua con el siguiente bit hasta el LSB.

• Observaciones

• La salida digital es puesta en formato paralelo.

• Este ADC utiliza n siclos de reloj.

• Es una técnica muy popular, barata, relativamente

precisa y rápida.

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ADC Rampa digital vs aproximaciones sucesivas (Ejemplo 02)

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1. Compare los tiempos máximos de conversión de un ADC de rampa digital vs aproximaciones sucesivas, si ambos operan a 500KHz con 10 bits.

2. Si el voltaje a escala completa es de 10.73 Volts y

se tiene un valor de entrada de 2.728V, ¿Cuál es el

valor de la conversión digital de ambos

convertidores? ¿Cuál es el tiempo de conversión?

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ADC instantáneo o flash

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• Este tipo de convertidor presenta una gran ventaja en cuanto al tiempo de conversión se refiere dada su arquitectura y modo de funcionamiento.

• En este método, la señal de voltaje es alimentada

simultáneamente a cada uno de los n

comparadores. Las otras entradas de los

comparadores se conectan cada una a n diferentes

niveles de voltaje. La salidas de los comparadores

se conectan a un codificador de prioridad, el cual

genera un salida digital correspondiente al

comparador más alto activado.

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Ejercicios 05 Convertidor A-D

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1. Si se tiene un ADC de rampa digital, que opera a una frecuencia de reloj de 10MHz, un voltaje del DAC a escala completa de 15V, un voltaje de referencia de 3V y una entrada de 16 bits. Determine:

a) Salida digital obtenida para un VA=3.48V b) El tiempo de conversión

c) La resolución del convertidor

d) El rango de voltajes de entrada que mantienen la misma codificación que VA=3.48V.

e) El tiempo máximo de conversión

f) La frecuencia máxima de conversión.

g) La frecuencia máxima de conversión según el teorema

de muestreo.

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22 22

Instrumentación 09 Convertidor Analógico Digital Prof. Edgardo Adrián Franco Martínez

2. Si se tiene un ADC de rampa digital, que opera a una frecuencia de reloj de 31KHz, un voltaje del DAC a escala completa de 5V, un voltaje de referencia de 0V y una entrada de 8 bits.

Determine:

a) Salida digital obtenida para un VA=3.48V b) El tiempo de conversión

c) La resolución del convertidor

d) El rango de voltajes de entrada que mantienen la misma codificación que VA=3.48V.

e) El tiempo máximo de conversión

f) La frecuencia máxima de conversión.

g) La frecuencia máxima de conversión según el

teorema de muestreo.

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23 23

Instrumentación 09 Convertidor Analógico Digital Prof. Edgardo Adrián Franco Martínez

3. Si se tiene un ADC de rampa digital y uno de

aproximaciones sucesivas, compare los tiempos

máximos de conversión de un ADC de rampa

digital vs aproximaciones sucesivas, si ambos

operan a 4KHz con 12 bits. Si el voltaje a escala

completa es de 2.5 Volts y se tiene un valor de

entrada de 1.72845V, ¿Cuál es el valor de la

conversión digital de ambos convertidores? ¿Cuál

es el tiempo de conversión?

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Instrumentación 09 Convertidor Analógico Digital Prof. Edgardo Adrián Franco Martínez

4. Si se tiene un ADC de rampa digital y uno de

aproximaciones sucesivas, comparar los tiempos

máximos de conversión, si ambos operan a

5MHz y 12 bits. Si el voltaje a escala completa es

de 15 Volts, un voltaje de referencia de 3V y se

tiene un valor de entrada analógico de 12.3V,

Determinar el valor de la conversión digital de

ambos convertidores y el tiempo de conversión

para dicha entrada en ambos convertidores.

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25 25

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k 0 . 1

k 5 . 0

V 0 . +10

k 0 . 1

k 0 . 1

k 0 . 1

k 0 . 1

k 0 . 1

k 5 . 0

1 0 2 3 4 5 6 7

A B C

V

in

bit 3 salida

Codificador de prioridad de 3 bits 74LS148

5. Calcular teóricamente y de manera simulada;

para el DAC flash siguiente su:

a) Resolución

b) Salidas digitales para un Vin:

• 0V

• 3.3V

• 5.2V

• 7.1V

• 10V

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26 26

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*Se entregarán antes del día Martes 17 de Febrero de 2015

(23:59:59 hora limite).

*Incluir portada y encabezados en cada página.

*Enviar los archivos de la simulación (ultimo

ejercicio) y el reporte en un archivo comprimido

Referencias

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