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COORDINACIN DE INGENIERA DE TELECOMUNICACIONES

DIGITALESTrabajo Prctico

Convertidor analgico-digital, digital-analgico

Maracay 22 de Junio de 2012

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICADE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA

NCLEO ARAGUASEDE MARACAY

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CONVERTIDOR ANALGICO DIGITAL

Los convertidores A/D son dispositivos electrnicos que establecen una relacinbiunvoca entre el valor de la seal en su entrada y la palabra digital obtenida ensu salida. La relacin se establece en la mayora de los casos, con la ayuda de

una tensin de referencia.Un convertidor A/D toma un voltaje de entrada analgico y despus de ciertotiempo produce un cdigo de salida digital que representa la entrada analgica. Elproceso de conversin A/D es generalmente ms complejo y largo que el procesoD/A, y se han creado y utilizado muchos mtodos.

La conversin analgica a digital tiene su fundamento terico en elteorema demuestreo y en los conceptos de cuantificacin y codificacin.Una primera clasificacin de los convertidores A/D, es la siguiente:

Conversores de transformacin directa.

Conversores con transformacin (D/A) intermedia, auxiliar.Clasificacin de conversores A/D.

La conversin analgico / digital se puede dividir en dos grandes grupos:

De bucle abierto.De realimentacin.

El convertidor de bucle abierto genera un cdigo digital directamente bajo laaplicacin de una tensin en la entrada. Dentro de esta familia, podemos distinguir

los siguientes tipos:Analgico a frecuencia.Analgico a anchura de impulso.Conversin en cascada.

El convertidor de realimentacin, sin embargo, genera una secuencia denmeros digitales, los convierte en un valor analgico y los compara con laentrada. La salida digital resultante ser el valor ms cercano al hacer lacomparacin. En este grupo, los tipos mas importantes son:

Rampa de diente de sierra.Rampa binaria.Conteo continuo.Aproximaciones sucesivas.Conversin no lineal.Doble rampa.

http://www.ifent.org/Lecciones/digitales/secuenciales/Teorema_Muestreo.htmhttp://www.ifent.org/Lecciones/digitales/secuenciales/Teorema_Muestreo.htmhttp://www.ifent.org/Lecciones/digitales/secuenciales/Teorema_Muestreo.htmhttp://www.ifent.org/Lecciones/digitales/secuenciales/Teorema_Muestreo.htm

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Caractersticas de los convertidores A/D.

Las principales caractersticas que podemos encontrar a la hora de seleccionarun convertidor son las siguientes:

Resolucin.Lineabilidad.Precisin.Impedancia.Sensibilidad.

Sin embargo, caben destacar otras no mencionadas :

El error de cuantificacin: Este aparece como consecuencia de que unconvertidor la continuidad de la seal analgica es dividida en una potenciade dos. De esta manera, todos los valores analgicos dentro de un rango

estn representados por lo nico digital, normalmente asignado al valormedio del mismo.Tiempo de conversin : Es el tiempo requerido por el conversor paraentregar la palabra digital equivalente a la entrada analgica

PROCESO DE CONVERCIN ANALGICO DIGITAL

Estos conversores poseen dos seales de entrada llamadas Vref+ y Vref- ydeterminan el rango en el cual se convertir una seal de entrada.

El dispositivo establece una relacin entre su entrada (seal analgica) y susalida (digital) dependiendo de su resolucin. Esta resolucin se puede saber,siempre y cuando conozcamos el valor mximo que la entrada de informacinutiliza y la cantidad mxima de la salida en dgitos binarios.

Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter -Conversor Analgico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos:

1.- Muestreo de la seal analgica.2.- Cuantizacin de la propia seal3.- Codificacin del resultado de la cuantizacin, en cdigo binario.

Muestreo de la seal analgica

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Representacin grfica de medio ciclo positivo (+) , correspondiente a una seal elctrica analgica de< sonido, con sus correspondientes armnicos. Como se podr observar, los valores de variacin de la< tensin o voltaje en esta sinusoide pueden variar en una escala que va de 0 a 7 volt.

Para convertir una seal analgica en digital, el primer paso consiste enrealizar un muestreo (sampling) de sta, o lo que es igual, tomar diferentes

muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. Lafrecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razn, tasa o tambinfrecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabacindigital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidadtendr la seal digital resultante.

Durante el proceso de muestreo se asignan valores numricos equivalentesa la tensin o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide, con lafinalidad de realizar a continuacin el proceso de cuantizacin.

Las tasas o frecuencias de muestreo ms utilizadas para audio digital sonlas siguientes:

24 000 muestras por segundo (24 kHz)

30 000 muestras por segundo (30 kHz)

44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (Calidad de CD)

48 000 muestras por segundo (48 kHz)

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Para realizar el muestreo (sampling) de una seal elctrica analgica yconvertirla despus en digital, el< primer paso consiste en tomar valores discretosde tensin o voltaje a intervalos regulares en diferentes< puntos de la ondasenoidal.

Por tanto, una seal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendr menos calidady fidelidad que otra realizada a 48 kHz. Sin embargo, mientras mayor sea elnmero de muestras tomadas, mayor ser tambin el ancho de banda necesariopara transmitir una seal digital, requiriendo tambin un espacio mucho mayorpara almacenarla en un CD o un DVD.

Condicin De Nyquist

El ingeniero sueco Harry Nyquist formul el siguiente teorema para obteneruna grabacin digital de calidad:

La frecuencia de muestreo mnima requerida para realizar una grabacin digitalde calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia de audio de la seal analgicaque se pretenda digitalizar y grabar.

Este teorema recibe tambin el nombre de Condicin de Nyquist

Cuantizacin de la seal analgica

Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantizacin(quantization) de la seal analgica. Para esta parte del proceso los valorescontinuos de la sinusoide se convierten en series de valores numricos decimalesdiscretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes quecontiene la seal analgica original.

Por tanto, la cuantizacin representa el componente de muestreo de lasvariaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de laonda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valoresen el sistema numrico decimal, antes de convertir esos valores en sistemanumrico binario.

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Proceso de cuantizacin (quantization) de la seal elctrica analgica para su conversin en seal digital.

Codificacin de la seal en cdigo binario

Despus de realizada la cuantizacin, los valores de las tomas de voltajesse representan numricamente por medio de cdigos y estndares previamenteestablecidos. Lo ms comn es codificar la seal digital en cdigo numricobinario.

La codificacin permite asignarle valores numricos binarios equivalentes a los valores de tensiones o< voltajes que conforman la seal elctrica analgica original.

En este ejemplo grfico de codificacin, es posible observar cmo se haobtenido una seal digital y el cdigo binario correspondiente a los niveles devoltaje que posee la seal analgica.

La siguiente tabla muestra los valores numricos del 0 al 7, pertenecientesal sistema decimal y sus equivalentes en cdigo numrico binario. En esta tabla sepuede observar que utilizando slo tres bits por cada nmero en cdigo binario, sepueden representar ocho niveles o estados de cuantizacin.

Valores en volt en Sistema Decimal Conversin a Cdigo Binario 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111

Y en esta otra tabla se puede ver la sustitucin que se ha hecho de losvalores numricos correspondientes a los voltajes de las muestras tomadas de laseal analgica utilizada como ejemplo y su correspondiente conversin a valoresen cdigo binario.

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Valor de los voltajes de la seal

analgica del ejemplo Conversin a Cdigo Binario

0 000 2 010

3 011 4 100 6 110 7 111 7 111 5 101 4 100 3 011 0 000

DIAGRAMA DE BLOQUES DE CONVERTIDOR ANALGICO DIGITAL

La operacin bsica de los convertidores A/D de este tipo consta de lossiguientes pasos:

- El comando START pasa a alto dando inicio a la operacin- A una razn determinada por el cronmetro, la unidad de control modificacontinuamente el nmero binario que est almacenado en el registro.- El nmero binario del registro es convertido en un voltaje analgico, Va, por el convertido D/A.- El comparador compara Va con la entrada analgica Va. En tanto que Va< Va, la salida del comparador permanece en alto.Cuando Va excede a Va por lomenos en una cantidad Vt (voltaje umbral), la salida del comparador pasa a bajo ysuspende el proceso de modificacin del nmero del registro.En este punto, Vaes un valor muy aproximado de Va y el nmero digital del registro, que es elequivalente digital de Va es asimismo el equivalente digital de Va, en los lmitesde la resolucin y exactitud del sistema.

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Las diversas variaciones de este esquema de conversin D/A difieren

principalmente en la forma en que la seccin de control modifica continuamentelos nmeros contenidos en el registro. De lo contrario, la idea bsica es la misma,con el registro que contiene la salida digital requerida cuando se completa el

proceso de conversin.VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA CONVERSIN ANALGICO DIGITAL

Ventajas:

No introduce ruidos en la transmisin.Se guarda y procesa mucho ms fcilmente que la analgica.Posibilita almacenar grandes cantidades de datos en diferentes soportesPermite detectar y corregir errores con ms facilidad.Las grabaciones no se deterioran con el paso del tiempo como sucede con

las cintas analgicas.Permite realizar regrabaciones sucesivas sin que se pierda ningunageneracin y, por tanto, calidad.Permite la compresin para reducir la capacidad de almacenamiento.Facilita la edicin visual de las imgenes y del sonido en un ordenador ocomputadora personal, utilizando programas apropiados.

El rayo lser que graba y reproduce la informacin en CDs y DVDs nuncallega a tocar fsicamente su superficie.No la afecta las interferencias atmosfricas (esttica) ni de otro tipo cuandose transmite por va inalmbrica, como ocurre con las transmisionesanalgicas.Desventajas:

Para su transmisin requiere un mayor ancho de banda en comparacincon la analgica.La sincronizacin entre los relojes de un transmisor inalmbrico digital y elreceptor requiere que sea precisa, como ocurre con el GPS (GlobalPositioning System - Sistema de Posicionamiento Global).Las transmisiones de las seales digitales son incompatibles con lasinstalaciones existentes para transmisiones analgicas.