Convertidores analogicos a digitales
Se usan un gran número de métodos para convertir señales analógicas a la forma digital. Los que más se emplean en los circuitos convertidores A/D disponibles en el mercado son cinco:
1.- Rampa de escalera
2.- Aproximaciones sucesivas
3.- Doble rampa
4.- Voltaje a frecuencia
5.- Paralelo o instantáneo
1.- Convertidores A/D de rampa de escalera. Los convertidores más sencillos son de este tipo. Cuando se aplica un comando de inicio o arranque la lógica de control, el voltaje analógico de entrada se compara con una salida de voltaje de un convertidor D/A.
Esta salida comienza en cero y se incrementa en un bit menos significativo con cada pulso del reloj. Siempre que el voltaje de entrada sea mayor que el voltaje de salida del convertidor D/A, el comparador producirá una señal de salida que continúa permitiendo que los pulsos del reloj se alimenten al contador.
Sin embargo, cuando el voltaje de salida de ese convertidor es mayor que el voltaje de entrada, la salida del comparador cambia y esta acción evita que los pulsos del reloj lleguen al contador. El estado del contador en ese instante representa el valor de voltaje de entrada en forma digital. La desventaja de este tipo de convertidores es que, no obstante su simplicidad, es bastante lento y el tiempo de conversión depende de la amplitud de voltaje de entrada.
2.- Convertidores A/D de aproximaciones sucesivas. Se utilizan ampliamente debido a su combinación de alta resolución y velocidad, ya que pueden efectuar conversiones entre 1 y 50 m s. Sin embargo, son más caros. La lógica de este convertidor prueba varios códigos de salida y los alimenta al convertidor D/A y a un registro de almacenamiento y compara el resultado con el voltaje de entrada a través del comparador.
La operación es análoga a la acción de pesar una muestra en una balanza de laboratorio con pesos estándar en una secuencia binaria. El procedimiento correcto es comenzar con el mayor peso estándar y proseguir en orden hasta el menor.
La muestra se coloca en un platillo y el peso mayor se coloca en el otro; si la balanza no se inclina, se deja el peso, y se coloca el siguiente con menor peso. Si la balanza se inclina, se quita el peso mayor y se agrega el siguiente menos pesado.
Se usa el mismo procedimiento para el siguiente valor menos pesado y así se prosigue hasta el menor. Después de que se ha probado el enésimo peso y se ha tomado una decisión, se dan por terminadas las mediciones de peso.
El total de las pesas que se encuentran en el platillo es la aproximación más cercana al peso de la muestra. En el convertidor de aproximaciones sucesivas, se implementa el procedimiento de medición de pesos mediante un convertidor D/A, un comparador, un registro de almacenamiento y una lógica de control.
3.- Convertidores A/D de doble rampa. Se emplean ampliamente en aplicaciones en donde la mayor importancia estriba en la inmunidad al ruido, gran exactitud y economía. Los convertidores de doble rampa pueden suprimir la mayor parte del ruido de la señal de entrada debido a que emplean un integrador para efectuar la conversión.
El rechazo del ruido puede ser infinito para una frecuencia específica del ruido si el primer periodo de integración del convertidor se iguala al periodo del ruido. Por lo tanto, para rechazar el ruido prevaleciente debido a las líneas de alimentación de 60 Hz, se necesita que T1 sea de 16.667 ms. Sin embargo, esta ventaja también conduce a tiempos de conversión muy largos. Sin embargo las ventajas de los convertidores de doble rampa los hacen muy adecuados para aplicaciones en las que no sean necesarios tiempos breves de conversión. Se emplean mucho, en especial en aplicaciones de instrumentos de precisión tales como voltímetros digitales.
4.- Convertidor de voltaje a frecuencia. En este tipo de convertidores, el voltaje de CD de entrada se convierte en un conjunto de pulsos cuya velocidad de repetición (o frecuencia) es proporcional a la magnitud del voltaje de alimentación. Los pulsos se cuentan mediante un contador electrónico en forma semejante al de contar las longitudes de onda con el contador de intervalo de tiempo en el voltímetro digital de doble rampa. Por lo tanto, la cuenta es proporcional a la magnitud del voltaje de entrada.
La parte primordial de esos convertidores es el circuito que transforma el voltaje de CD de entrada a un conjunto de pulsos. Se emplea un integrador para llevar a cabo esta tarea. Las frecuencias típicas del convertidor de voltaje a frecuencia (V/F) quedan en el rango de 10 kHz a 1 kHz. El convertidor muy utilizado de 10 kHz necesita un intervalo de compuerta de 0.025 s para una conversión A/D de 8 bits.
5.- Convertidor en paralelo (o instantáneo). Estos convertidores llevan a cabo las más rápidas conversiones A/D. En esta técnica, el voltaje de entrada se alimenta simultáneamente a una entrada de cada uno de los P comparadores. La otra entrada de cada comparador es un voltaje de referencia.
El comparador recibe un valor distinto del voltaje de referencia, comenzando en VRmax. Empleando el principio del divisor de voltaje y valores iguales de R, el valor del voltaje de referencia VRp en cada comparador estará dado por
Siendo
p = número del comparador (de 1 a P)
P = número total de comparadores
Q = número total de resistencias = P + 1
Así, el voltaje de entrada se compara de manera simultánea con valores de voltaje, igualmente espaciados (de 0 a VRmax).
Fuente: Apuntes de la materia de Electrónica básica del Instituto Tecnológico de la Paz
