Tema 08: Convertidor Digital Analógico

1M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez http://www.eafranco.comedfrancom@ipn.mx@edfrancom edgardoadrianfrancom

Contenido• Introducción

• Tipos de señales

• Convertidor D/A o DAC

• Especificaciones del DAC• DAC Simple

• DAC R-2R

• Formas de onda de salida

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Introducción

• En la actualidad la compatibilidad de los datos se realizaen el mundo digital, en el pasado han quedado lascomputadoras analógicas basadas en circuitos conamplificadores operacionales. La facilidad de operar demanera digital y la velocidad y precisión permitenmejores computaciones frente al procesamientoanalógico.

• No por ello los elementos analógicos y configuracioneshan dejado de ser utilizadas, de hecho se necesitan cadavez mejores configuraciones que den soporte alprocesamiento digital.

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• La necesidad de tener interfaces con el mundoanalógico es muy común en cualquier tipo desistema de medición y otros.

• Los convertidores analógico digital (ADC) y digitalanalógico (DAC), son empleados para comunicarelementos analógicos como sensores, transductores,actuadores y otros con equipos digitales decómputo.

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Tipo de señales

Señales analógicas: Están definidas sobreun rango continuo de tiempo y un rangocontinuo de amplitud.

Señal digital. Es una señal definida sobreinstantes discretos en tiempo y amplitud.Este tipo de señales puede serrepresentada por una secuencia denúmeros, por ejemplo números binarios.

t

)(tx

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Convertidor D/A o DAC• Un convertidor digital analógico DAC es un

dispositivo capaz de generar un voltaje o corriente asu salida, proporcional a un valor digital dado.

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Bits (3) Salida analógica

0 0 0

0 0 1

111

1

11

1 1

00

0

1 1 1

0 0

0

0

0

1

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3

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Para cada valor digital, existe solo un valor analógico

32

Si el DAC es de 3 bits, entonces se tienen valores analógicos. 32

Especificaciones del DAC• Resolución: La resolución de un convertidor D/A se define

como la menor variación que puede ocurrir en la salidaanalógica como resultado de un cambio en la entrada digital.

𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 =𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑎 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎 − 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

2𝑛 − 1

• Salida a escala completa: Valor máximo de voltaje cuando elvalor digital en la entrada es el máximo alcanzable según elnúmero de bits.

• Precisión: La precisión se especifica con base en el posibleerror escala completa y error de linealidad, normalmente seexpresa como un porcentaje de la salida a escala completadel convertidor (%F.S.)

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Ejemplo• Resolución: La resolución de un convertidor D/A se define

como la menor variación que puede ocurrir en la salidaanalógica como resultado de un cambio en la entrada digital.

𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 =𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑎 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎 − 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

2𝑛 − 1

• Salida a escala completa: Valor máximo de voltaje cuando elvalor digital en la entrada es el máximo alcanzable según elnúmero de bits.

• Precisión: La precisión se especifica con base en el posibleerror escala completa y error de linealidad, normalmente seexpresa como un porcentaje de la salida a escala completadel convertidor (%F.S.)

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DAC simple

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1) Resistencias ponderadas y una configuración sumadora

Diagrama esquemático de un DAC con resistencias ponderadas.

Cuando un bit es uno, se conecta al voltaje de referencia.

Cuando un bit es cero, se conecta al tierra.

Todos los bits se deben aplicar de manera simultánea.

refVk

b

k

b

k

b

k

bkV

84211 0123

0

Solo es recomendable para cierto número de bits (pierde exactitud).

11 K

K2

K4

K8

K1

V0.1

MSB

LSB

0b

1b

2b

3b

0V

refV

DAC R-2R

10

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K100

K100 K100 K100 K100

K50 K50 K50

K50

V10

refV

2) El método de escalera R-2R y una configuración sumadora

Diagrama esquemático de un DAC con circuito escalera R-2R.

0b

Cuando un bit es uno, se conecta al voltaje de referencia.

1b 2b 3b

Se obtiene un alto nivel de exactitud al utilizar solo dos o tres valores de resistencia.

Es posible realizar hasta DAC de hasta 32 bits

012102

1

2

1

2

1bbbV

nnn

Formas de onda de salida

• La forma de onda de la señal a la salida de un DAC

• Contador ascendente de 4 bits – Convertidor digitalanalógico de 4 bits

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• La forma de onda de la señal a la salida de un DAC

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