sábado, 24 de septiembre de 2011

PROCESOS DE CONVERSION

CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL


La salida de los sensores, que permiten al equipo electrónico interaccionar con el entorno, 
es normalmente una señal analógica, continua en el  tiempo. En consecuencia, esta 
información debe convertirse a binaria (cada dato analógico decimal codificado a una 
palabra formada por unos y ceros) con el fin de adaptarla a los circuitos procesadores y de 
presentación. Un convertidor analógico-digital (CAD) es un circuito electrónico integrado 
cuya salida es la palabra digital resultado de convertir la señal analógica de entrada. 
La conversión a digital se realiza en dos fases: cuantificación y codificación. Durante la 
primera se muestrea la entrada y a cada valor analógico obtenido se asigna un valor o 
estado, que depende del número de bits del CAD. El  valor cuantificado se codifica en 
binario en una palabra digital, cuyo número de bits depende de las líneas de salida del CAD. 
Estos dos procesos determinan el diseño del circuito integrado. 
En la práctica, el proceso de conversión está sujeto a numerosas limitaciones resultado 
de los procesos de fabricación. Las más relevantes son el tiempo de conversión y la finitud 
del número de estados de salida. La conversión involucra un tiempo y, en consecuencia, 
supone una incertidumbre que limita la velocidad máxima de la entrada. Los valores 
discretos del proceso de cuantificación llevan consigo un error y una limitación de 
resolución del circuito. La elección del CAD en un  diseño electrónico dependerá de la 
adaptación de sus rasgos a  los requerimientos de la aplicación. 
El capítulo se estructura como sigue. En el primer  apartado se exponen los principios 
operativos mediante ejemplos de operación de CADs. El segundo apartado tiene por fin 
exponer los tipos más comunes de CADs, el de doble  rampa y el de aproximaciones 
sucesivas. En el tercer apartado se analizan los parámetros o características de un circuito 
integrado genérico. Finalmente, en el apartado 4 se selecciona un CAD en un diseño 
electrónico. 



FILTRO ACTIVO PASA BAJO



Este es un circuito formado por un resistor y un capacitor conectados en serie.
El filtro paso bajo permite sólo el paso de frecuencias por debajo de una frecuencia en particular llamadafrecuencia de corte (Fc) y elimina las frecuencias por encima de esta frecuencia.

Estos filtros RC no son perfectos por lo que se hace el análisis en el caso ideal y el caso real.





El filtro paso bajo ideal es un circuito formado por una resistor y un capacitor, que permite el paso de las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte (Fc) y elimina las que sean superiores a ésta.

La reactancia capacitiva cambia con la frecuencia. Para altas frecuencias XC es baja logrando con esto que las señales de estas frecuencias sean atenuadas. En cambio a bajas frecuencias (por debajo de la frecuencia de corte) la reactancia capacitiva es grande, lo que causa que estas frecuencias no se vean afectadas o son afectadas muy poco por el filtro.
Con la ley de Ohm:
- Vin = I x Z = I x (R2 + XC21/2
- Vo = I x XC
- Vo = Vin / ( 1 + (2 x π x RC)2 )1/2

donde Z = Impedancia
La frecuencia de corte es aquella donde la amplitud de la señal entrante cae hasta un 70.7 % de su valor máximo. Y esto ocurre cuando XC = R. (reactancia capacitiva = resistencia)
Si XC = R, la frecuencia de corte será: Fc = 1 / (2 x π x RC)
La banda de frecuencias por debajo de la frecuencia de corte se llama Banda de paso, y la banda de frecuencias por encima de Fc se llama Banda de atenuación.


MUESTREO


El muestreo digital es una de las partes del proceso de digitalización de las señales. Consiste en tomar muestras de una señal analógica a una frecuencia o tasa de muestreo constante, para cuantificarlas posteriormente
El teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, también conocido como teorema de muestreo de Whittaker-Nyquist-Kotelnikov-Shannoncriterio de Nyquist o teorema de Nyquist, es unteorema fundamental de la teoría de la información, de especial interés en las telecomunicaciones.
El teorema trata con el muestreo, que no debe ser confundido o asociado con la cuantificación, proceso que sigue al de muestreo en la digitalización de una señal y que, al contrario del muestreo, no es reversible (se produce una pérdida de información en el proceso de cuantificación, incluso en el caso ideal teórico, que se traduce en una distorsión conocida como error o ruido de cuantificación y que establece un límite teórico superior a la relación señal-ruido). Dicho de otro modo, desde el punto de vista del teorema, las muestras discretas de una señal son valores exactos que aún no han sufrido redondeo o truncamiento alguno sobre una precisión determinada, esto es, aún no han sido cuantificadas.



CUANTIFICION 



El proceso de cuantificación es uno de los pasos que se siguen para lograr la digitalización de una señal analógica.
Procesos de la conversión A/D.
Básicamente, la cuantificación lo que hace es convertir una sucesión de muestras de amplitud continua en una sucesión de valores discretos preestablecidos según el código utilizado.
Durante el proceso de cuantificación se mide el nivel de tensión de cada una de las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les atribuye un valor finito (discreto) de amplitud, seleccionado por aproximación dentro de un margen de niveles previamente fijado.
Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificación se eligen en función de la propia resolución que utilice el código empleado durante la codificación. Si el nivel obtenido no coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior más próximo.
En este momento, la señal analógica (que puede tomar cualquier valor) se convierte en una señal digital, ya que los valores que están preestablecidos, son finitos. No obstante, todavía no se traduce al sistema binario. La señal ha quedado representada por un valor finito que durante la codificación (siguiente proceso de la conversión analógico digital) será cuando se transforme en una sucesión de ceros y unos.
Así pues, la señal digital que resulta tras la cuantificación es diferente a la señal eléctrica analógica que la originó, algo que se conoce como Error de cuantificación. El error de cuantificación se interpeta como un ruido añadido a la señal tras el proceso de decodificación digital. Si este ruido de cuantificación se mantiene por debajo del ruido analógico de la señal a cuantificar (que siempre existe), la cuantificación no tendrá ninguna consecuencia sobre la señal de interés.



CODIFICACION



Se entiende por Codificación en el contexto de la Ingeniería al proceso de conversión de un sistema de datos de origen a otro sistema de datos de destino. De ello se desprende como corolario que la información contenida en esos datos resultantes deberá ser equivalente a la información de origen. Un modo sencillo de entender el concepto es aplicar el paradigma de la traducción entre idiomas en el ejemplo siguiente: home = hogar. Podemos entender que hemos cambiado una información de un sistema (inglés) a otro sistema (español) y que esencialmente la información sigue siendo la misma. La razón de la codificación está justificada por las operaciones que se necesiten realizar con posterioridad. En el ejemplo anterior para hacer entendible a una audiencia hispana un texto redactado en inglés es convertido al español.
En ese contexto la codificación digital consiste en la traducción de los valores de tensión eléctrica analógicos que ya han sido cuantificados (ponderados) alsistema binario, mediante códigos preestablecidos. La señal analógica va a quedar transformada en un tren de impulsos de señal digital (sucesión de ceros y unos). Esta traducción es el último de los procesos que tiene lugar durante la conversión analógica-digital. El resultado es un sistema binario que está basado en el álgebra de Boole.



CONVERTIDOR DIGITAL-ANALÓGICO




En la mayoría de los sistemas electrónicos resulta conveniente efectuar las funciones de regulación y control automático de sistemas mediante técnicas digitales, sin embargo en muchos de los casos la señal disponible normalmente es analógica, ya que son muchos los transductores que poseen su salida eléctrica analógica, correspondiente a la magnitud medida, como pueden ser las señales de audio, de vIdeo, los puentes de medición, las celdas extensiométricas, los termopáres, etc, esto obliga a tener que efectuar una conversión analógica digital, las señales digitales minimizan además la distorsión producida por las imperfecciones del sistema de transmisión, por otro lado puede ser necesario actuar analógicamente sobre un controlador ó algún elemento de control final, ó se debe efectuar una representación analógica sobre un registrador, un monitor, papel, etc. lo que obliga a realizar la conversión inversa, digital analógica, se hace necesario disponer de elementos capaces de efectuar esta conversión en uno u otro sentido, con características de velocidad y precisión adecuadas a cada caso.


LOS CONVERTIDORES DIGITALES ANALÓGICOS
Definición;
"Un convertidor Digital/Analógico (DAC), es un elemento que recibe información de entrada digital, en forma de una palabra de "n" bits y la transforma a señal analógica, cada una de las combinaciones binarias de entrada es convertida en niveles lógicos de tensión de salida".
Un convertidor digital analógico transfiere información expresada en forma digital a una forma analógica, para ubicar la función de este dispositivo conviene recordar que un sistema combina y relaciona diversos subsistemas que trabajan diferentes tipos de información analógica, como son; magnitudes eléctricas, mecánicas, etc,.. lo mismo que un micrófono, un graficador, o un motor y estos deberán interactuar con subsistemas que trabajan con informaciones digitales, como una computadora, un sistema lógico, un sistema con microprocesador, con microcontrolador o con algún indicador numérico.
APLICACIONES DE LOS DAC’S
Las aplicaciones más significativas del DAC son;
  • En instrumentación y control automático, son la base para implementar diferentes tipos de convertidores analógico digitales, así mismo, permiten obtener, de un instrumento digital, una salida analógica para propósitos de graficación, indicación o monitoreo, alarma, etc.
  • El control por computadora de procesos ó en la experimentación, se requiere de una interfase que transfiera las instrucciones digitales de la computadora al lenguaje de los actuadores del proceso que normalmente es analógico.
     
  • En comunicaciones, especialmente en cuanto se refiere a telemetría ó transmisión de datos, se traduce la información de los transductores de forma analógica original, a una señal digital, la cual resulta mas adecuada para la transmisión.
Características básicas de los convertidores;

Las características básicas que definen un convertidor digital analógico son en primer lugar, su resolución que depende del número de bits de entrada del convertidor, otra característica básica es la posibilidad de conversión unipolar ó bipolar, una tercera característica la constituye el código utilizado en la información de entrada, generalmente los convertidores digitales analógicos operan con el código binario natural ó con el decimal codificado en binario (BCD), el tiempo de conversión es otra característica que definen al convertidor necesario para una aplicación determinada, y se define como el tiempo que necesita para efectuar el máximo cambio de su tensión con un error mínimo en su resolución, otras características que definen al convertidor son; su tensión de referencia, que puede ser interna o externa, si es externa puede ser variada entre ciertos márgenes, la tensión de salida vendrá afectada por este factor, constituyéndose éste a través de un convertidor multiplicador, así mismo deberá tenerse en cuenta, la tensión de alimentación, el margen de temperatura y su tecnología interna.



(R-2R) Amp. Sumador.


Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O. u op-amp), es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):
Vout = G·(V+ − V)


invest/instrument_electro/ppjjgdr/Electronics_Instrum/Electronics_Instrum_Files/temas/T11_CAD.pdf
http://148.202.12.20/~osalas/instrumentacion/DAC.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital
http://electronicacompleta.com/lecciones/circuitos-digitales/
http://www.ucm.es/info/eurotheo/diccionario/C/comunicacion_anadigi.pdf