Convertidor de analógico a digital: finalidad, clasificación y principio de funcionamiento
Un dispositivo electrónico llamado convertidor de analógico a digital (ADC) se utiliza para convertir una señal analógica en una señal digital (en una secuencia de tipo de código binario legible). En el proceso de conversión de una señal analógica a digital se implementan: muestreo, cuantificación y codificación.
Se entiende por muestreo la toma de muestras de una señal analógica continua en el tiempo de valores individuales (discretos) que caen en momentos de tiempo asociados a ciertos intervalos y duraciones de señales de reloj que se suceden unas a otras.
La cuantificación implica redondear el valor de una señal analógica seleccionada durante el muestreo al nivel de cuantificación más cercano, y los niveles de cuantificación tienen su propio número de secuencia, y estos niveles difieren entre sí por un valor delta fijo, que no es más que un paso de cuantificación.
Estrictamente hablando, el muestreo es el proceso de representar una función continua como una serie de valores discretos, y la cuantificación es la división de una señal (valores) en niveles. En cuanto a la codificación, aquí se entiende por codificación una comparación de los elementos obtenidos como resultado de la cuantificación con una combinación predeterminada de códigos.
Hay muchos métodos para convertir voltaje en código. Además, cada uno de los métodos tiene características individuales: precisión, velocidad, complejidad. Según el tipo de método de conversión, los ADC se clasifican en tres
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en paralelo
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coherente,
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serie-paralelo.
Para cada método, el proceso de transformación de una señal a lo largo del tiempo procede a su manera, de ahí el nombre. Las diferencias radican en cómo se realizan la cuantificación y la codificación: un procedimiento en serie, en paralelo o en serie-paralelo para aproximar un resultado digital a la señal convertida.
El diagrama de un convertidor paralelo de analógico a digital se muestra en la figura. Los ADC paralelos son los convertidores de analógico a digital más rápidos.
El número de dispositivos de comparación electrónica (el número total de comparadores DA) corresponde a la capacidad del ADC: tres comparadores son suficientes para dos bits, siete para tres, 15 para cuatro, etc. El divisor de voltaje de resistencia está diseñado para establecer un rango de voltajes de referencia constantes.
La tensión de entrada (aquí se mide el valor de esta tensión de entrada) se aplica simultáneamente a las entradas de todos los comparadores y se compara con todas las tensiones de referencia de las que permite obtener este divisor resistivo.
Aquellos comparadores cuyas entradas no inversoras estén alimentadas con una tensión superior a la de referencia (aplicada por el divisor a la entrada inversora) darán uno lógico a la salida, el resto (donde la tensión de entrada sea inferior a la de referencia o igual a cero) dará cero.
Luego se conecta un codificador, su tarea es convertir una combinación de unos y ceros en un código binario estándar, adecuadamente entendido.
Los circuitos ADC para la conversión en serie son menos rápidos que los circuitos convertidores en paralelo, pero tienen un diseño elemental más simple. Utiliza un comparador, lógica Y, un reloj, un contador y un convertidor de digital a analógico.
La figura muestra un diagrama de tal ADC. Por ejemplo, mientras que el voltaje medido aplicado a la entrada del circuito comparador es mayor que la señal de rampa de la segunda entrada (referencia), el contador cuenta los pulsos del generador de reloj. Resulta que el voltaje medido es proporcional al número de pulsos contados.
También hay ADC en serie-paralelo, donde el proceso de convertir una señal analógica en una señal digital se separa en el espacio, por lo que resulta que la máxima velocidad de compensación se logra con la mínima complejidad.