Señal analógica y digital
Una señal digital varía de forma discreta o discontinua a lo largo del tiempo. Parece como si la señal digital fuera variando «a saltos» entre un valor máximo y un valor mínimo.
Por otra parte, una señal analógica es una señal que varía de forma continua a lo largo del tiempo. La mayoría de las señales que representan una magnitud física (temperatura, luminosidad, humedad, etc.) son señales analógicas. Las señales analógicas pueden tomar todos los valores posibles de un intervalo; y las digitales solo pueden tomar dos valores posibles.
Conversión Analógico/Digital (ADC)
La conversión de una señal analogica a una señal digital se realiza con los componentes básico que son un convertidor digital analógico, filtrado, muestreo y retención y codificador recuperador.
Filtro pasabajo
Es el primer dispositivo que encontramos en toda cadena de conversión A/D. Su única función es limitar en banda la señal de entrada al sistema sin introducir demasiadas distorsiones ni generar un excesivo ruido. La razón por el cual es necesario el uso de este filtro está íntimamente relacionada con la etapa siguiente: el muestradeor. Cuando tenemos una señal limitada se debe efectuar superior de “fn”, pues en la teoría de muestreo nos indica que se debe efectuar con una velocidad de 2*fn muestras por segundo.
Etapa de muestreo y retención
Desempeña una labor que poco tiene que ver con la realizada por este circuito en la conversión A/D. El muestreo consiste en tomar muestras periodicas de amplitud no muestrea una forma de onda continua, sino que lo hace a la salida del conversor analógico/digital el cual produce tensiones en intervalos discretos de tiempo. Podría pensarse que este muestreo no es necesario, puesto que la salida del conversor A/D y la correspondiente a la etapa de muestreo y retención deberían ser iguales, sin embargo el conversor genera salidas erróneas e impredecibles durante las transiciones de una palabra a la siguiente. Este circuito es el encargado de eliminar las transiciones permitiendo el paso de la señal de salida del conversor cuando esta es estable y anulándola en las transiciones.
En el teorema de muestreo establece que una señal de banda limitada, en tiempo continuo, cuya mayor frecuencia es Fmax puede recuperarse de forma única a partir de sus muestras siempre y cuando se cumpla la relación siguiente:
Fs= 2Fmax |
Si cumple con la relación anterior se evitara el fenómeno de aliasing ( cuando una señal se muestrea a una velocidad menor que el doble del ancho de banda la señal se traslapa).
Cuantificación
La cuantificación consiste en convertir una señal de tiempo discreto con valores continuos a una señal en tiempo discreto con valores discretos ( señal digital). El valor de cada muestra de la señal se representa mediante un valor seleccionado de un conjunto finito de valores posibles. La diferencia entre la muestra sin cuantificar x (n) y la salida cuantificada xq (n) se denomina error de cuantificación.
Codificación
En el proceso de codificación, cada valor discreto xq (n) se representa mediante una secuencia binaria de “b” bits, es decir, se asigna un número binario único a cada nivel de cuantificación diferente. El numero de nivele es el numero de niveles binarios distintos que debe de haber.
Los convertidores A/D disponibles comercialmente tienen una precisión de b=16 o inferior. Generalmente, cuanto mayor sea la velocidad de muestreo y mas fina la cuanticacion, más caro es el dispositivo.
Conversión Digital/Analógica (DAC)
Un convertidor digital analógico es un dispositivo que genera una señal (en corriente o en tensión). El conjunto de resistencia permite realizar un conversor digital analógico, como todas las resistencias son iguales, este conjunto es mucho mas fácil de producir industrialmente, lo anterior esta derivado de la red de resistencia R-2R a la entrada del amplificador operacional.
La mayoría de los conversores digital analógico (y analógico digital) trabajan con este dispositivo. La precisión de las distintas resistencias y su variación con la temperatura limitan este tipo de conversores a resoluciones por debajo de 16 bits.
Error de cuantificación
Es un convertidor D/A ideal de la relación entre la entrada digital (números) y la salida analógica (voltios) es lineal. La resolución es igual al incremento más pequeño que puede experimentar la señal digital que es igual al cambio del bit menos significativo. El error es siempre menor a 1 bit menos significativo.
Error de cero (offset)
En un conversor D/A real la señal analógica esta desplazada con respecto al valor que le correspondería en el conversor ideal. Este desplazamiento equivale a que para una entrada digital igual a cero se tiene un valor de la tensión de salida al conversor (error de cero). Es importante mencionar que el offset varia notablemente con la temperatura.
Error de amplificación
La discrepancia entre la salida real y la salida teórica aumenta con el valor de la entrada. Ello se debe a que la red de resistencia de los amplificadores operacionales de salida no está bien ajustada. Una causa de este error es la fuente de la tensión de referencia, la cual debe ajustarse con mucha precaución.
Error de linealidad
La relación entre la señal digital y la señal analógica discrepa ligeramente de la dependencia lineal que deberían presentar. Se debe a pequeñas discrepancias entre los valores de las últimas resistencias que componen la red R-2R, y esto solo se compensar con software.
Error de mono tonicidad
A una señal creciente en la entrada digital no siempre le corresponde una señal de salida creciente. Este error se debe a desajustes en la red R-2R y no se puede corregir.
Fuentes de Información:
