Conversores A/D: Tipos, Funcionamiento y Características

Conversores A/D

Tipos de Conversores A/D

Conversor A/D V-F

El capacitor integra la señal de entrada. Cuando Vo disminuye hasta -Vr, o sea cuando t=T, el interruptor se cierra y descarga al capacitor hasta Vo=0v en un tiempo t=Td. T depende del valor de Vi, por eso la frecuencia variará en forma proporcional a Vi.

Conversor A/D Flash o Comparador en Paralelo

Es el más rápido de los conversores existentes. Estos usan una escalera o banco de comparadores de nivel en paralelo para procesar la información analógica de entrada. La salida de cada comparador es 0v o Vcc. Si Vin=0, cuando la señal de entrada se incrementa o es mayor que la V de referencia de los comparadores, la salida de cada uno se convertirá en un nivel alto o Vcc. Una red lógica combinatoria se encarga de convertir la lógica de las salidas de los comparadores en una palabra binaria.

Ventajas:

• Velocidad de conversión, ya que su entrada analógica se aplica a cada comparador simultáneamente, por ello el tiempo de conversión es únicamente el de propagación de la red lógica.

Desventajas:

• Son caros por el incremento de la red de compuertas lógicas y comparadores que son necesarios.

Conversor A/D de Aproximaciones Sucesivas

Esta técnica es la más utilizada en los circuitos conversores de bajo costo, resolución moderada y alta velocidad. El corazón de este tipo de conversor es un dispositivo llamado registro de aproximaciones sucesivas o SAR. El ciclo de conversión comienza cuando se aplica una señal analógica a la entrada del conversor y se aplica un pulso de start en el registro SAR. El pulso del reloj en este registro coloca en 1 la salida del MSB. El SAR mira la salida del comparador con el fin de saber si la salida analógica del DAC es mayor o menor que la señal analógica de entrada. Si la V del DAC es mayor, el comparador coloca su salida en 0, esto hace que el registro SAR también coloque en 0 su MSB. Si el valor de la V en la salida del DAC es menor que el de la señal de entrada, el comparador coloca en alto su salida y el registro SAR mantiene en 1 su bit MSB. Todo lo anterior ha ocurrido en un solo pulso de reloj. En el siguiente pulso de reloj, el SAR coloca en 1 su entrada. Si el valor del DAC es mayor que el de la V de entrada, la salida del comparador se va a 0 y el SAR coloca en 0 el bit. Si el valor es menor que el de la entrada, el comparador permanece activado y el SAR mantiene en 1 este último bit. El registro SAR examina todos los bits, ya que un bit se evalúa en cada pulso de reloj. Cuando se ha procesado el último bit, el registro SAR envía una señal de fin de conversión (EOC) que permite el almacenamiento de la palabra resultante en el registro de salida. Generalmente este tipo de conversores realiza una conversión en un tiempo inferior a los 12µs.

Conversor A/D Contador o Rampa

Este circuito consiste en un generador de rampa, un contador digital y un comparador. El ciclo de comparación más eficiente se inicia con la rampa y el contador inicializados en cero. La salida del comparador es baja de tal forma que la compuerta IC2 inhibe el paso de la señal de reloj hacia el contador binario. Cuando se aplica V a la entrada del conversor, la entrada no inversora tendrá un valor de V superior al de la inversora, por esto la salida del comparador será alta. Este nivel alto habilita la compuerta AND y permite el paso de los pulsos de reloj al interior del contador y al mismo tiempo el circuito generador de la rampa impulsa su crecimiento a lo largo del tiempo. Cuando la V de la rampa supere la V de señal de entrada, la salida del comparador cae a nivel bajo. Este flanco negativo hace que las salidas del contador se almacenen en el latch de la salida, también pone el contador interno en 0.

Desventaja:

• La tendencia a operar de manera inestable en la generación de la rampa. Como no existe una forma de sincronización entre la señal de reloj y la generación de la rampa, cualquier corrimiento de uno de ellos afectará considerablemente a la palabra digital de salida.

Conversor A/D Integrador de 2 Rampas

Este conversor sacrifica velocidad por estabilidad, el circuito elimina el efecto del corrimiento de la V de la rampa a lo largo del tiempo. La señal de entrada se conecta a un circuito integrador.

Especificaciones de un Conversor A/D

• V analógica de entrada: Es el máximo margen permisible de V de entrada, los valores son 0 a 10V; +/-5v; +/-10v.
• Impedancia de entrada: Los valores están varían entre 1 Kohm y 1 Mohm, dependiendo del tipo de conversor, la capacidad de entrada está en el margen de las decenas de pF.
• Precisión: Incluye el ruido del sistema digital, con el presente de la V de referencia, las desviaciones con respecto a la no linealidad, etc. Sus valores típicos son 0.02% de lectura a plena escala (FSR), sin embargo se puede adquirir conversores de alta precisión de 0.001%, la precisión generalmente determina el número de bits que pueden ser provistos.
• Estabilidad: La exactitud del sistema depende generalmente de la temperatura. Los coeficientes típicos de error de temperatura son 20ppm del FSR por grado centígrado.
• Tiempo de conversión: Los típicos varían entre 50µs para unidades de velocidad moderada hasta 500ns para un dispositivo de alta velocidad.