1 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D-D/A (Unidad Temática 5) Objetivos Introducción Conversores Ejemplos Conclusión Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

2 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D-D/A - Objetivos De la Cátedra Aprender sobre conversores A/D-D/A Aprender sobre sus características Aprender sobre virtudes y defectos Aprender sobre interconexión Del Ingeniero Formar criterios para la selección adecuada en un diseño concreto Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

3 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A-A/D - Introducción Mundo Real – Fenómenos Variables Físicas Medición Analógica Conversor A/D Tratamiento Digital - Respuesta Conversor D/A Actuación Analógica Variables Físicas – Mundo Real Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

4 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A-A/D - Introducción Mundo Real – Fenómenos Calor, Viento, Ruido, Sonido, Movimiento, Inercia, Luz, Electricidad, Sabor, Olor … Variables Físicas Temperatura, Humedad, Velocidad, Desplazamiento, Presión, Frecuencia, Fuerza, Luminosidad, Tensión, Corriente, Acidez … Medición Analógica Trasductores (Físico Eléctrico), Muestreo (Variables Fijo), Normalización (Arbitrario  Normalizado (4-20mA, 1-5V)),.. Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

5 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A-A/D - Introducción Conversor A/D Tratamiento Digital - Respuesta Medición Visualización, Procesamiento (Escala, Filtrado), Presentación, Almacenamiento, Análisis,… Actuación sobre el medio Alarma, Procesamiento (adaptación), Presentación, Almacenamiento, Análisis,… Conversor D/A Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

6 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A-A/D - Introducción Actuación Analógica Actuador (Eléctrico Normalizado (4-20mA, 1-5V,)   Físico, Amplificador,… Variables Físicas – Mundo Real Movimiento, Calor, Sonido, Luz, Electricidad,… Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

7 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A-A/D - Introducción Algunos conceptos Valor de Cero (0): Valor Analógico mínimo posible. Variable Física(0)  Var. Analóg.Normaliz.(0)  Codigo Binario(0) Valor Fondo de Escala (FS): Valor Analógico máximo posible Variable Física(FS)  Var. Analóg.Normaliz.(FS)  Codigo Binario(2N-1) Rango Analógico: Diferencia entre Fondo de Escala y Cero Bit Mas Significativo (MSB) : Bit de mayor “peso” (Binario) Bit Menos Significativo (LSB): Bit de menor “peso” (Binario) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

8 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A-A/D - Introducción Algunos conceptos (Códigos Binarios Fraccionarios) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

9 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Tensión Analógica Normalizada de Salida Número Binario de Entrada (y en Representación Fraccionaria) Función de Transferencia del Conversor D/A (3bits) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

10 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Número Binario de Salida (En Código y en Representación Fraccionaria) Tensión Analógica Normalizada de Entrada Función de Transferencia del Conversor A/D (3bits) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

11 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A V-Alim. Circ. Digitales V-Alim. Circ. Analógicos (+) Vcc V(+) Fijar (Strobe) Strobe Vref (+) V. de FS[V] Bit 1 (MSB) Bit 2 D/A Bus de Datos Bit 3 V-Salida Normalizada (0[V] a FS[V]) ---- Vout ---- Bit n-1 Bit n (LSB) Vref (-) V. de 0[V] D-GND V(-) A-GND V-Alim. Circuitos Analógicos (-) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

12 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D V-Alim. Circ. Analógicos (+) V-Alim. Circ. Digitales Inicio Conversión V(+) Vcc SOC EOC Fin Conversión OE Dato al Bus V. de FS[V] Vref (+) (MSB) Bit 1 Bit 2 A/D V-Entrada Normalizada (0[V] a FS[V]) Bit 3 Bus de Datos Vin ---- ---- Bit n-1 (LSB) Bit n V. de 0[V] Vref (-) A-GND V(-) D-GND V-Alim. Circuitos Analógicos (-) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

13 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D-D/A Consideraciones sobre las señales Analógicas Tensiones V(+), V(-) y A-GND Tensiones Vref(+) y Vref(-) Tensión de Entrada/Salida Vin/Vout Digitales Tensiones Vcc y D-GND Señales SOC, EOC (Ready), OE y Strobe Bits de Salida/Entrada Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

14 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Tensión Analógica Normalizada de Salida Función de Transferencia del Conversor D/A (3bits) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

15 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Características Resolución (Bits; Vout(LSB)) Rango de tensión/corriente de Salida Precisión (Calidad) Linealidad (Vout en todo Rango) Estabilidad (temperatura, tiempo) Precio Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

16 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Numero= CnBn+Cn-1Bn-1+…+C2B2+C1B1+C0B0+C-1B-1+… Binario: Cn: 0 ó 1 ; B=2  B0=1; B1=2; B2=4 ... B-1=1/2 … Código Binario de Entrada Tensión de Salida Tensión de Referencia(+) Vref (10V) Conversor D/A Sumador Simple Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

17 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Código Binario de Entrada Vref Tensión de Salida Conversor D/A Sumador de 8 bits (2 juegos de resistencias iguales mas atenuación) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

18 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Sumadores Virtudes Económico Simple Defectos Dependencia de la estabilidad de las R Valores de R muy diferentes al crecer la cantidad de Bits (n) (Diferentes tecnologías de fabricación. Diferentes estabilidades (R)). Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

19 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Código Binario de Entrada Tensión de Salida (= -iR) Tensión de Referencia Vref (10V) Conversor D/A R-2R Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

20 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A Ejemplo: Bit 2=1; Los demás Bits en 0 Circuito Equivalente Final Conversor D/A R-2R Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

21 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores D/A R-2R Virtudes Económico Pocos componentes diferentes Simple Confiable Defectos Dependencia de la estabilidad de las R Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

22 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Número Binario de Salida (En Código y en Representación Fraccionaria) Tensión Analógica Normalizada de Entrada Función de Transferencia del Conversor A/D (3bits) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

23 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Características Resolución (Bits; Vint(LSB)) Tiempo de Conversión Rango de tensión de Entrada Precisión (Calidad) Linealidad (Vout en todo Rango) Estabilidad (temperatura, tiempo) Cantidad de Canales. Selección, tiempo de adquisición. Precio Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

24 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Integrador o de Doble Rampa Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

25 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Integrador o de Doble Rampa Virtudes Económico Simple Defectos Dependencia de R y C Tiempo de conversión alto Tiempo de Conversión Variable Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

26 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Contador-Comparador Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

27 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Contador-Comparador Virtudes Sin componentes R – C Tiempo de conversión bajo Simple (Contadores – Comparadores) Defectos Tiempo de Conversión Variable Conversión Paralelo/Serie compleja Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

28 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Contador-Comparador Servo Virtudes Puede seguir a la señal. Tiempo de conv. mucho menor. Defectos Dificultad para lograr EOC. Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

29 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Por Aproximaciones Sucesivas Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

30 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Por Aproximaciones Sucesivas Virtudes Sin componentes R – C Tiempo de Conversión bajo Tiempo de Conversión Fijo Conversión Paralelo/Serie Simultánea Defectos Electrónica un poco más compleja Mayor costo Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

31 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Tipo Paralelo Salidas --- C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 Vin < 1/ 1/16 3/16 5/16 7/16 9/16 11/16 13/16< Vin Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

32 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Tipo Paralelo (Código Gray) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

33 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Tipo Paralelo Virtudes Sin componentes Capacitivos Sin Contadores ni Relojes Tiempo de Conv. extremadamente bajo Defectos Electrónica más compleja cuando “n” crece Mayor costo cuando “n” crece “Cant. Comparadores = 2n – 1” Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

34 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D Ejemplo: Analog Devices AD7819 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

35 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D-D/A Conclusión Lugar que ocupan en la Materia-Ingeniería Como es a nivel de bloques – Señales Como se comporta – Función de Transferencia Características – Parámetros – Especificaciones Diferentes Tipos (Tiempos de Conversión) Virtudes y Defectos  Selección Interconexión. Sección A – Sección D Ejemplo de Conversor A/D comercial (AD7819) Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

36 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales IIConversores A/D-D/A Bibliografía CONVERSION NOTES – Daniel Sheingold Editor Analog Devices Inc. HOJA TÉCNICA circuito AD7819 – Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II