Fundamentos de la Conversión Analógica Digital y Captura de Datos

Resolución de una Señal Analógica

La resolución de una entrada del sistema de captura de datos se expresa en bits. Las resoluciones más típicas son de 8, 10, 12, 14 y 16 bits. El número de bits indica cuántos valores diferentes se les puede aplicar en la entrada.

Convertidor Analógico Digital

La resolución de un sistema de captura de datos debe ser la adecuada. Elegir resoluciones muy altas no va a mejorar el comportamiento del sistema si el resto de elementos no aprovechan esta resolución.

Precisión del Sistema de Datos

Hace referencia a un posible error cometido en la lectura del dato. La precisión está relacionada con la resolución: a mayor resolución, más exacta será la medida. Sin embargo, la precisión del sistema depende de otros factores, por lo que se puede tener un sistema de alta resolución pero muy impreciso.

Tipos de Errores Comunes

• Error de cuantificación: depende de la resolución y puede llegar a ser de ±1 bit.
• Error de desajuste de cero (Offset): diferencia entre el valor real y el ideal en el origen de la escala.
• Error de ganancia: diferencia entre el valor real y el ideal en el fondo de la escala, suponiendo que el error de offset haya sido eliminado.
• Error de linealidad: hace referencia al alejamiento de la curva de transferencia del convertidor A/D respecto a la recta ideal.

Máxima Velocidad de Muestreo

Es la máxima velocidad con la que un sistema de datos es capaz de tomar muestras de la señal de entrada y limitar la máxima frecuencia de dicha señal (expresada en muestras/seg. o hercios).

Teorema del Muestreo

Si una señal continua, s(t), tiene una banda de frecuencias tal que fm es la mayor frecuencia comprendida dentro de dicha banda, esta señal s(t) podrá reconstruirse sin pérdida de información a partir de muestras de la señal tomadas a una frecuencia fs siempre que se cumpla la relación: fs > 2fm.

Multiplexor

Es un conmutador que permite muestrear cada canal por separado. A más canales, menor velocidad de muestreo.

Aliasing

Ocurre cuando la velocidad de muestreo es muy baja en comparación con la frecuencia máxima de la señal muestreada. Consiste en que el sistema de captura y visualización de datos interprete las muestras como si fueran de una señal de menor frecuencia.

Convertidor A/D de Aproximaciones Sucesivas

Es uno de los más utilizados y permite altas resoluciones y tiempos de conversión pequeños; pueden alcanzar hasta 1 MHz. Por ejemplo, si tenemos un rango de entrada de 0 a 10 V, la tensión de referencia será de 10 V. Con un registro de aproximaciones sucesivas de 4 bits, se proporciona inicialmente el código digital intermedio, es decir, 0111. Esta señal digital entra en el convertidor, se convierte en su correspondiente señal analógica y se compara con la entrada analógica actual comprendida en el rango de 0 a 10 V. Si el valor de comparación es positivo, aumenta un bit el registro de aproximaciones sucesivas; en el caso de que sea negativa, lo disminuiría un bit. Así sucesivamente hasta que la tensión analógica del convertidor coincida con la tensión analógica de entrada.

Disparo del ADC

Disparar el ADC es dar la orden para que el conversor inicie la operación de conversión. Existen diversos métodos:

• Mediante programa: es un software que, a través del PC y en un momento determinado por el usuario, da la orden al conversor para que inicie la conversión. Cuando finaliza, se busca la forma de señalarlo para que el software lo lea y le dé la nueva orden de disparo.
• Mediante temporizador: la orden de disparo es encargada por un reloj programable que, cada cierto intervalo de tiempo, le manda una orden de disparo. El software solo tiene que leer los datos de la conversión y almacenarlos en su memoria.
• Mediante señal externa: aplica una señal A/D a través de una conexión externa y da la orden al convertidor para que inicie la conversión. Así podemos sincronizar la orden de disparo con acontecimientos externos.

Entradas Asimétricas y Diferenciales

En una entrada asimétrica, la señal se introduce entre el terminal de la entrada analógica y la masa. Se utiliza para medir señales grandes (1 voltio o mayor) y cuando la fuente se encuentra a pocos metros de la entrada. La entrada diferencial hace uso de dos entradas analógicas y la masa.

Aislamiento de Entradas

Se consigue fundamentalmente con:

• Transformadores: para aislar entradas analógicas.
• Optoacopladores: para aislar entradas digitales.

Sus ventajas son proteger el PC de elevadas tensiones, proteger el dispositivo que está tomando la medida y eliminar los lazos de tierra, evitando que el ruido eléctrico se acople en las entradas.