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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores A/D Tipo Paralelo Salidas --- C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 Vin < 1/16 0 0 0 0 0 0 0 1/16<Vin<3/16 0 0 0 0 0 0 1 3/16<Vin<5/16 0 0 0 0 0 1 1 5/16<Vin<7/16 0 0 0 0 1 1 1 7/16<Vin<9/16 0 0 0 1 1 1 1 9/16<Vin<11/16 0 0 1 1 1 1 1 11/16<Vin<13/16 0 1 1 1 1 1 1 13/16< Vin 1 1 1 1 1 1 1 Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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

Ing. Jorge A. Abraham Técnicas Digitales II Conversores 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

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