Source: https://www.scribd.com/document/123490972/Sistemas-Digitales-Memorias-Convertidor
Timestamp: 2016-07-25 05:37:00+00:00

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SISTEMAS DIGITALES MEMORIAS, CONVERTIDOR DIGITAL-ANALÓGICO, CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL
Docente: Ing. Reynold
Alumno: Luis Sira Karlo Galeano Sección 502
Maracay, 2013
Índice   Introducción Memorias o Jerarquía de Almacenamiento o Características de las memorias o Tecnologías, dispositivos y medios Convertidores Digital-Analógica (DAC), Analógica-Digital (ADC) o Características o Conversores tipo Digital-Analógica (DAC) o Conversores tipo Analógica-Digital (ADC) Conclusiones Bibliografía 03 04 04 06 09 11 12 17 19 25 26
atendiendo a criterios de velocidad y manejo de datos. Un incremento en un solo bit permite disponer del doble de precisión (mayor resolución). los conceptos básicos de conversión de señal. la conversión podría volverse más lenta. características y parámetros que los definen. Por otro lado.analógico (DAC. una mayor cantidad de bit. una forma de enlazar las variables analógicas con los procesos digitales es a través de los sistemas llamados conversores de analógico . Esta función exige que los pasos intermedios se realicen de forma óptima para no perder información. etc. la resolución. como que el mundo real es análogo.digital (ADC. implica mayor precisión. Dentro de las de aplicaciones de estos sistemas está el manejo de señales de vídeo. los rangos de entrada. El objetivo básico de un ADC es transformar una señal eléctrica análoga en un número digital equivalente. técnicas de implementación para los ADC o DAC.Analogue to Digital Converter) y conversores digital . En la siguiente investigación se describen las funciones de la memoria.Introducción
Una de las ventajas de los sistemas digitales frente a los sistemas analógicos. pero también mayor complejidad. Se revisarán las configuraciones más clásicas. instrumentación y control industrial. La información digital se almacena en memorias. Por ejemplo. éstos pueden ser: la velocidad de conversión. Según el tipo de componente y su aplicación existen distintos parámetros que lo caracterizan.Digital to Analogue Converter). un DAC transforma un número digital en una señal eléctrica análoga. además. El desarrollo de los microprocesadores y procesadores digitales de señal (DSP). que son dispositivos de diversa naturaleza según la cantidad de datos que ha de guardar. y las tareas que se han de realizar con ellos. ha permitido realizar tareas que durante años fueron hechas por sistemas electrónicos analógicos. audio. pero hace más difícil el diseño del circuito. los discos compactos. De la misma forma. el tiempo que han de permanecer. es su capacidad de retener y almacenar información que luego la puede utilizar para procesar datos.
En la actualidad. cada uno de los cuales tiene un valor de 1 ó 0. usado desde los años 1940. acoplados a una unidad central de procesamiento (CPU por su sigla en inglés. Además. imágenes. puede ser usada para editar una novela pequeña. Una computadora digital representa toda la información usando el sistema binario. memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de estado sólido conocido como memoria RAM (memoria de acceso aleatorio. igual a 8 bits. un sistema informático contiene varios tipos de almacenamiento. y "almacenamiento secundario" para dispositivos de almacenamiento masivo. Esto se explica en las siguientes secciones. implementa lo fundamental del modelo de computadora de Arquitectura de von Neumann. se refiere a formas de almacenamiento masivo como discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético como discos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM. la retención o almacenamiento de información.Memorias
En informática. pero de naturaleza más permanente. números. que se ha ido diluyendo por el uso histórico de los términos "almacenamiento primario" (a veces "almacenamiento principal"). Una determinada información puede ser manipulada por cualquier computadora cuyo espacio de almacenamiento sea suficientemente grande como para que quepa el dato correspondiente o la representación binaria de la información. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna. para memorias de acceso aleatorio. No existen ningún medio de almacenamiento de uso práctico universal y todas las formas de almacenamiento tienen sus desventajas. RAM por sus siglas en inglés random access memory) y otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido pero temporal. Por ejemplo. Jerarquía de Almacenamiento Los componentes fundamentales de las computadoras de propósito general son la CPU.
. sonido y casi cualquier otra forma de información puede ser transformada en una sucesión de bits. o un megabyte. La unidad de almacenamiento más común es el byte. o dígitos binarios. La habilidad para almacenar las instrucciones que forman un programa de computadora y la información que manipulan las instrucciones es lo que hace versátiles a las computadoras diseñadas según la arquitectura de programas almacenados. Texto. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que. la memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que integran una computadora. se refleja una diferencia técnica importante y significativa entre memoria y dispositivos de almacenamiento masivo. Se han inventado varias formas de almacenamiento basadas en diversos fenómenos naturales. una computadora con un espacio de almacenamiento de ocho millones de bits. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porque son fundamentales para la arquitectura de computadores en general. Por tanto. cada uno con su propósito individual. en las que el término tradicional "almacenamiento" se usa como subtítulo por conveniencia. De forma similar. central processing unit). el espacio de almacenamiento y los dispositivos de entrada/salida.
Sin embargo.(A esta utilización del almacenamiento secundario se le denomina memoria virtual).
. Los dispositivos rotantes de almacenamiento óptico (unidades de CD y DVD) son incluso más lentos que los discos duros.
Almacenamiento secundario: La memoria secundaria requiere que la computadora use sus canales de entrada/salida para acceder a la información y se utiliza para almacenamiento a largo plazo de información persistente. Habitualmente. pero es mucho más lenta. Esto ilustra cuan significativa es la diferencia entre la velocidad de las memorias de estado sólido y la velocidad de los dispositivos rotantes de almacenamiento magnético u óptico: los discos duros son del orden de un millón de veces más lentos que la memoria (primaria). es más rápida. También es de uso común la memoria caché multinivel . es el sistema más rápido de los distintos tipos de almacenamientos de la computadora. aunque es probable que su velocidad de acceso mejore con los avances tecnológicos. El tiempo necesario para acceder a un byte de información dado almacenado en un disco duro de platos magnéticos es de unas milésimas de segundo (milisegundos). En las computadoras modernas se usan memorias de acceso aleatorio basadas en electrónica del estado sólido. pero más rápida y mucho más pequeña que la memoria principal. En cambio. Debe estar presente para que la CPU funcione correctamente. los discos duros suelen usarse como dispositivos de almacenamiento masivo. Se puede transferir información muy rápidamente entre un registro del microprocesador y localizaciones del almacenamiento principal.la "caché primaria" que es más pequeña. rápida y cercana al dispositivo de procesamiento. aunque de mucha menor capacidad que la memoria principal. siendo transistores de conmutación integrados en el chip de silicio del microprocesador (CPU) que funcionan como "flip-flop" electrónicos. En las computadoras modernas. La memoria principal contiene los programas en ejecución y los datos con que operan. El almacenamiento primario consiste en tres tipos de almacenamiento:  Los registros del procesador son internos de la CPU. la "caché secundaria" que es más grande y lenta. el tiempo para acceder al mismo tipo de información en una memoria de acceso aleatorio (RAM) se mide en mil-millonésimas de segundo (nanosegundos). la memoria secundaria o de almacenamiento masivo tiene mayor capacidad que la memoria primaria.Almacenamiento primario: La memoria primaria está directamente conectada a la CPU de la computadora. Parte de la información de la memoria principal se duplica en la memoria caché. La memoria caché es un tipo especial de memoria interna usada en muchas CPU para mejorar su eficiencia o rendimiento. la mayoría de los sistemas operativos usan los dispositivos de almacenamiento secundario como área de intercambio para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria principal en la computadora. que está directamente conectada a la CPU a través de buses de direcciones. Sin embargo. La memoria secundaria también se llama "de almacenamiento masivo". la caché es ligeramente más lenta pero de mayor capacidad. Comparada con los registros. Un disco duro es un ejemplo de almacenamiento secundario. datos y control. Técnicamente.
a pesar de provocar un funcionamiento significativamente más lento. La principal ventaja histórica de la memoria virtual es el precio. incluyendo las unidades USB. Hay otras formas de caracterizar a los distintos tipos de memoria. muchos sistemas operativos siguen implementándola. una red de área extensa. fuera de línea se basa en la jerarquía de memoria o distancia desde la unidad central de proceso. Este tipo de memoria es algo que los usuarios de computadoras personales normales nunca ven de primera mano. la computación científica en grandes sistemas informáticos y en redes empresariales. En su lugar. discos ópticos y lasmemorias flash. Muchos sistemas operativos implementan la memoria virtual usando términos como memoria virtual o "fichero de caché".Por lo tanto. Estos medios de almacenamiento suelen usarse para transporte y archivo de datos. Almacenamiento fuera de línea: El almacenamiento fuera de línea es un sistema donde el medio de almacenamiento puede ser extraído fácilmente del dispositivo de almacenamiento. Las redes de computadoras son computadoras que no contienen dispositivos de almacenamiento secundario. Almacenamiento de red: El almacenamiento de red es cualquier tipo de almacenamiento de computadora que incluye el hecho de acceder a la información a través de una red informática. En computadoras modernas son de uso habitual para este propósito los disquetes. terciario. la memoria virtual resultaba mucho más barata que la memoria real. La memoria terciaria se usa en el área del almacenamiento industrial. y las baterías extraíbles de discos Winchester. Aun así. secundario. También hay discos duros USB que se pueden conectar en caliente. El almacenamiento en red incluye:  El almacenamiento asociado a red es una memoria secundaria o terciaria que reside en una computadora a la que otra de éstas puede acceder a través de una red de área local. que es cerca de un millón de veces más lenta que memoria “verdadera”. internet. el uso de la memoria virtual. en el caso de almacenamientos de archivos en línea. Los dispositivos de almacenamiento fuera de línea usados en el pasado son cintas magnéticas en muchos tamaños y formatos diferentes.
Características de las memorias La división entre primario. Esa ventaja es menos relevante hoy en día. una red privada virtual o. Discutiblemente. el almacenamiento de red permite centralizar el control de información en una organización y reducir la duplicidad de la información. los documentos y otros datos son almacenados en un dispositivo de la red. ralentiza apreciablemente el funcionamiento de cualquier computadora. Almacenamiento terciario: La memoria terciaria es un sistema en el que un brazo robótico montará (conectará) o desmontará (desconectará) un medio de almacenamiento masivo fuera de línea (véase el siguiente punto) según lo solicite el sistema operativo de la computadora.
dependiendo de la unidad de información que fue leída anteriormente. la memoria de localización direccionable se suele limitar a memorias primarias. Un ejemplo son los CDROMs. El dispositivo puede necesitar buscar (posicionar correctamente el cabezal de lectura/escritura de un disco). Las memorias de sólo lectura retienen la información almacenada en el momento de fabricarse y la memoria de escritura única (WORM) permite que la información se escriba una sola vez en algún momento tras la fabricación. terciarias y fuera de línea. normalmente pequeño. La memoria RAM es una memoria volátil. se usa en memorias secundarias.
Direccionamiento de la información:  En la memoria de localización direccionable. Las memorias de escritura lenta y lectura rápida son memorias de lectura/escritura que permite que la información se reescriba múltiples veces pero con una velocidad de escritura mucho menor que la de lectura. En las computadoras modernas. que se leen internamente por programas de computadora ya que la localización direccionable es muy eficiente. o leída y reescrita sin modificaciones. También están las memorias inmutables. por tanto. La memoria volátil se suele usar sólo en memorias primarias. Una computadora sin algo de memoria de lectura/escritura como memoria principal sería inútil para muchas tareas. Las computadoras modernas también usan habitualmente memorias de lectura/escritura como memoria secundaria.
Habilidad para acceder a información no contigua:   Acceso aleatorio significa que se puede acceder a cualquier localización de la memoria en cualquier momento en el mismo intervalo de tiempo. La memoria no volátil retendrá la información almacenada incluso si no recibe corriente eléctrica constantemente. pero difícil de usar para los humanos. ya que pierde información en la falta de energía eléctrica. Acceso secuencial significa que acceder a una unidad de información tomará un intervalo de tiempo variable. cada unidad de información accesible individualmente en la memoria se selecciona con su dirección de memoria numérica.
. como es el caso de la memoria ROM. que se utilizan en memorias terciarias y fuera de línea. La memoria dinámica es una memoria volátil que además requiere que periódicamente se refresque la información almacenada. Un ejemplo son los CD-RW. o dar vueltas (esperando a que la posición adecuada aparezca debajo del cabezal de lectura/escritura en un medio que gira continuamente). Se usa para almacenamientos a largo plazo y.Volatilidad de la información:
La memoria volátil requiere energía constante para mantener la información almacenada.
Habilidad para cambiar la información:  Las memorias de lectura/escritura o memorias cambiables permiten que la información se reescriba en cualquier momento.
En las memorias de sistema de archivos. La velocidad de los computadores se incrementó. Esta máquina. Los primeros programas de ajedrez funcionaban en máquinas que utilizaban memorias de base magnética.
Capacidad de memoria: Memorias de mayor capacidad son el resultado de la rápida evolución en tecnología de materiales semiconductores. no es un abuso pensar que la capacidad de memoria continuará creciendo de manera impresionante. Macrocomputadoras: son aquellas que dentro de su configuración básica contienen unidades que proveen de capacidad masiva de información. En las memorias de contenido direccionable (content-addressable memory). pero el sistema operativo de la computadora proporciona la abstraccióndel sistema de archivos para que la operación sea más entendible. la opción hardware es la opción más rápida y cara. la información se divide en Archivos informáticos de longitud variable y un fichero concreto se localiza en directorios y nombres de archivos "legible por humanos". Su capacidad de memoria varía de 16 a 256 kbytes. impresora. El dispositivo subyacente sigue siendo de localización direccionable. Memorias de mayor capacidad podrán ser utilizadas por programas con tablas de Hash de mayor envergadura. Microcomputadores y computadoras personales: con el avance de la microelectrónica en la década de los 70 resultaba posible incluir todos los componente del procesador central de una computadora en un solo circuito integrado llamado microprocesador. terminales (monitores). las cuales mantendrán la información en forma permanente.   Minicomputadoras: se caracterizan por tener una configuración básica regular que puede estar compuesta por un monitor. terciarias y fuera de línea usan sistemas de archivos. Su capacidad de memoria varía desde 256 a 512 kbytes. A inicios de 1970 aparecen las memorias realizadas por semiconductores. etc. unidades de disquete. sobre todo
. La memoria de contenido direccionable pueden construirse usando software ohardware. disco.000 aproximadamente y la capacidad de memoria creció en una proporción similar. Ésta fue la base de creación de unas computadoras a las que se les llamó microcomputadoras. como las utilizadas en la serie de computadoras IBM 370. tenía características interesantes que hacían más amplio su campo de operaciones. también puede tener varios megabytes o hasta gigabytes según las necesidades de la empresa. En la década de los 80 comenzó la verdadera explosión masiva. Este hecho es particularmente importante para los programas que utilizan tablas de transposición: a medida que aumenta la velocidad de la computadora se necesitan memorias de capacidad proporcionalmente mayor para mantener la cantidad extra de posiciones que el programa está buscando. El origen de las microcomputadoras tuvo lugar en los Estados Unidos a partir de la comercialización de los primeros microprocesadores (INTEL 8008. basada en el microprocesador INTEL 8008. las memorias secundarias. Se espera que la capacidad de procesadores siga aumentando en los próximos años. 8080). multiplicada por 100. cada unidad de información legible individualmente se selecciona con una valor hash o un identificador corto sin relación con la dirección de memoria en la que se almacena la información. En las computadora modernas. de los ordenadores personales (Personal Computer PC) de IBM. etc.
su acrónimo inglés. Tecnologías. Existen memorias de semiconductor de ambos tipos: volátiles y no volátiles. Memorias de disco óptico: Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros minúsculos grabados con un láser en la superficie de un disco circular. En las computadoras modernas. La información se lee iluminando la superficie con un diodo láser y observando la reflexión. Se llega a la información usando uno o más cabezales de lectura/escritura. también conocida como memoria dinámica de acceso aleatorio o más comúnmente RAM. memoria de Twistor o memoria burbuja. el almacenamiento magnético se usaba también como memoria principal en forma de memoria de tambor. las cintas magnéticas se solían usar como memoria secundaria. Memoria de semiconductor: La memoria de semiconductor usa circuitos integrados basados en semiconductores para almacenar información. Microsoft Disk Operating Sistem) y una mejor resolución óptica. Como el cabezal de lectura/escritura solo cubre una parte de la superficie. Los siguientes formatos son de uso común:
. AT(Tecnología Avanzada) y PS/2. Los discos ópticos son no volátiles y de acceso secuencial. Un chip de memoria de semiconductor puede contener millones de minúsculos transistores o condensadores. usado para memoria fuera de línea. Disquete.porque su nuevo sistema operativo estandarizado (MS-DOS. Disco duro. memoria película delgada. Con el cambio de siglo. la memoria principal consiste casi exclusivamente en memoria de semiconductor volátil y dinámica. memoria en hilera de núcleo. ha habido un crecimiento constante en el uso de un nuevo tipo de memoria de semiconductor no volátil llamado memoria flash... Dicho crecimiento se ha dado.
En las primeras computadoras. Además. En computadoras modernas. Cinta magnética. Las memorias magnéticas son no volátiles. a diferencia de hoy. memoria de núcleo. usada para memoria terciaria y fuera de línea. El ordenador personal ha pasado por varias transformaciones y mejoras que se conocen como XT(Tecnología Extendida). el almacenamiento magnético es de acceso secuencial y debe buscar. usado para memoria secundario. Las memorias de semiconductor no volátiles se están usando también como memorias secundarias en varios dispositivos de electrónica avanzada y computadoras especializadas y no especializadas. dispositivos y medios Memorias magnéticas: Las memorias magnéticas usan diferentes patrones de magnetización sobre una superficie cubierta con una capa magnetizada para almacenar información. principalmente en el campo de las memorias fuera de línea en computadoras domésticas. la superficie magnética será de alguno de estos tipos:    
Disco magnético. la hacían más atractiva y fácil de usar. dar vueltas o las dos cosas.
de escritura lenta y lectura rápida. vídeo. Sony o Phillips. Para almacenar información. Otros métodos iniciales: Las tarjetas perforadas fueron utilizadas por primera vez por Basile Bouchon para el control de telares textiles en Francia. Se usa como memoria terciaria y fuera de línea. una de las precursoras de IBM. DVD-RAM: Memoria de escritura lenta y lectura rápida usada como memoria terciaria y fuera de línea.    
CD. Herman Hollerith desarrolló la tecnología de procesamiento de datos de tarjetas perforadas para el censo de Estados Unidos de 1890 y posteriormente fundó la Tabulating Machine Company. DVD: Memorias de simplemente solo lectura. quien desarrolló un telar automático. Para su desarrollo se creó la BDA. DVD-RW. La lectura se realizaba por sensores eléctricos (más tarde ópticos) donde una localización particular podía estar agujereada o no. conocido como telar de Jacquard. CD-RW. entre otros. En el año 1950. Blu-ray: Formato de disco óptico pensado para almacenar vídeo de alta calidad y datos. de acceso secuencial. usada para distribución masiva de información digital (música. CD-ROM. aunque su uso fue muy común hasta mediados de los años 1970 con la aparición de los discos magnéticos. DVD+RW. La información se grababa en las tarjetas perforando agujeros en el papel o la tarjeta. CD-R. programas informáticos). En 1801 el sistema de Bouchon fue perfeccionado por Joseph Marie Jacquard.
. los tubos Williams usaban un tubo de rayos catódicos y los tubos Selectrón usaban un gran tubo de vacío. La información se lee ópticamente y se escribe combinando métodos magnéticos y ópticos. DVD-R. Durante los años 1960. Las memorias de discos magneto ópticos son de tipo no volátiles. las tarjetas IBM y las unidades máquinas de registro IBM se habían vuelto indispensables en la industria y el gobierno estadounidense. Estos dispositivos de memoria primaria tuvieron una corta vida en el mercado ya que el tubo de Williams no era fiable y el tubo de Selectron era caro. las tarjetas perforadas fueron gradualmente reemplazadas por las cintas magnéticas. IBM desarrolló la tecnología de la tarjeta perforada como una potente herramienta para el procesamiento de datos empresariales y produjo una línea extensiva demáquinas de registro que utilizaban papel perforado para el almacenamiento de datos y su procesado automático. DVD+R: Memorias de escritura única usada como memoria terciaria y fuera de línea. HD DVD
Se han propuesto los siguientes formatos:   HVD Discos cambio de fase Dual
Memorias de discos magneto-ópticos: Las Memorias de disco magneto óptico son un disco de memoria óptica donde la información se almacena en el estado magnético de una superficie ferromagnética. en la que se encuentran.
Para compatibilizar la información con un sistema digital.digital. Puede ser usada tanto como memoria secundaria como fuera de línea. que están limitadas a un pequeño número de superficies en capas. Se ha demostrado que es posible desarrollar un circuito electrónico que lea el spin del electrón y lo convierta en una señal eléctrica. Dicha información se lee observando la resistencia eléctrica variable del material. se requiere de convertidores de datos del tipo ADC o DAC.digital. ésta debe ser muestreada. La memoria de cambio de fase sería una memoria de lectura/escritura no volátil. Las memorias holográficas pueden utilizar todo el volumen del medio de almacenamiento. a diferencia de las memorias de discos ópticos. La memoria holográfica almacena ópticamente la información dentro de cristales o fotopolímeros. La memoria molecular puede ser especialmente interesante como memoria principal. de acceso aleatorio podría ser usada como memoria primaria. Se usaba como memoria principal. Recientemente se ha propuesto utilizar el spin de un electrón como memoria. La memoria holográfica podría ser no volátil. secundaria y fuera de línea.
Conversión análogo . Analógica-Digital (ADC)
Un transductor permite relacionar las señales del mundo real y sus análogas eléctricas.La memoria de línea de retardo usaba ondas sonoras en una sustancia como podía ser el Mercurio para guardar información.
El diagrama de bloques de la figura anterior se muestra la secuencia desde que la variable física entra al sistema hasta que es transformada a señal digital (código binario). es decir. de acceso secuencial y tanto de escritura única como de lectura/escritura. ciclo secuencial de lectura/escritura.
. Otros métodos propuestos: La memoria de cambio de fase usa las fases de un material de cambio de fase para almacenar información. según corresponda.
Convertidores Digital-Analógica (DAC). La memoria molecular almacena la información en polímeros que pueden almacenar puntas de carga eléctrica. Para dicha señal ingrese al convertidor análogo . se toman valores discretos en instantes de tiempo de la señal análoga. La memoria de línea de retardo era una memoria dinámica volátil. lo que recibe el nombre de sampling.
En el proceso inverso indicado en la figura anterior. Esta señal modulada. Least Signiﬁcative Bit) como se muestra en la siguiente figura
Data digital. Características: La data digital es un número binario que se define considerando desde el bit de mayor peso (MSB. More Signiﬁcative Bit) al bit de menor peso (LSB. Como resultado se obtiene un tren de impulsos con amplitudes limitadas por la envolvente de la señal analógica. Para garantizar la toma de muestra y la conversión de forma correcta se debe considerar la velocidad de muestreo. para la recuperación de la señal eléctrica. la señal digital debe pasar por un convertidor del tipo digital .
. en la cual la señal digital es transformada en señal eléctrica. para lo cual el Teorema de Nyquist. debe ser como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada como se indica a continuación:
Si no ocurre esta situación. es recuperada a través de un filtro pasa bajo e interpolada.
Proceso de conversión digital – análogo.análogo. establece que la frecuencia de muestreo . obteniéndose la señal análoga equivalente. se tiene lugar el fenómeno denominado aliasing.Matemáticamente es el equivalente a multiplicar la señal análoga por una secuencia de impulsos de periodo constante.
Resolución: Expresada en unidades de tensión.. Características estáticas: a. su equivalente digital para n bits sería entre 00.11 a 10[V] (full . dependerá del escalón tomado como referencia con respecto a los niveles de tensión dado por el número de bit. con n bit. que muestra la equivalencia entre el mundo digital y el análogo.00 para 0[V] (zero .salida de un conversor ADC o DAC. por ejemplo.
Curva de entrada .. 10.scale).scale). está determinado por una función de transferencia ideal de entrada – salida (ver la figura a continuación).
En el caso de una señal unipolar entre 0 a 10 [V]..00 para 5[V] y 11. habrá niveles de tensión.Cada conversor ADC o DAC. En la práctica corresponde el valor de un LSB (bit menos signiﬁcativo).
salida lineal. Curva de entrada . La linealidad diferencial corresponde a la desviación máxima a partir de la amplitud ideal (1 LSB). y proporcionando de este modo un resultado erróneo.b. porcentaje del valor de fondo de escala (%FSR.5 LSB. y se expresa utilizando las mismas unidades que la linealidad integral. La linealidad integral y el de linealidad diferencial: Analizando la gráfica de transferencia entrada-salida en el caso ideal. Mientras más se ajuste el comportamiento real a esta recta. Como valor típico de linealidad integral es ± 0. más preciso se considera al convertidor (ver siguiente figura)
. y para todas las condiciones de trabajo este valor.
La máxima desviación entre la gráfica real y la recta ideal se define como linealidad integral.5 LSB (tanto por encima como por debajo). y se expresa en LSB. Si difiere en más de 0.
Linealidad Diferencial. el resultado es una línea recta formada por los puntos de transición de los valores de entrada que determinan cambios de nivel en la salida.
.Font scale range). se corre el riesgo de que identifique un valor con una combinación de bit que no le corresponde. con lo que es necesario que el conversor garantice.
font scale range). como se muestra en la siguiente figura:
Error de Oﬀset. se identificará el valor analógico con el código que viene a continuación lo que provoca la no monotonicidad.
Error de monotonicidad. y para una disminución de la entrada. Monotonicidad: Un conversor es monotónico cuando un incremento de tensión en la entrada le corresponda un incremento en la salida. El error de ganancia. el error de Desplazamiento (off-set) y el error de cuantificación: En términos generales corresponden a la comparación y diferencia máxima entre la curva de transferencia ideal y la real en todo el margen de medidas. es necesario disponer de un convertidor capaz de tratar señales de elevada frecuencia.
e. el correspondiente descenso. El error de ganancia es un parámetro que muestra la precisión de la función de transferencia del convertidor respecto a la ideal y se expresa en LSB (% FSR. gráficamente se representa como un desplazamiento constante de todos los valores de la curva característica. el resultado es la pérdida del código.El error de off-set. Siempre es importante disponer de una velocidad de muestreo que
d. Si para una determinada combinación de bit no hay un aumento en función de un incremento de la entrada. se toma cuando todos los bit de entrada son ceros en el caso de un DAC. sino un descenso. Velocidad: En algunas aplicaciones. Si un convertidor no es monotónico.
según el cual la frecuencia de muestreo debe ser. La generación de señales espurias también influye negativamente sobre el funcionamiento del convertidor (SFDR Spurious Free Dynamic Range).
a. d. para asegurarse que el consiguiente estado retención (hold) este dentro de la banda de error especificada para la señal de entrada. Esto se determina de acuerdo a la ecuación:
b.digital o T&H (track & hold). como mínimo el doble que el ancho de banda de la señal muestreada para que sea posible su digitalización. teniendo en cuenta el teorema de muestreo. por el nivel de ruido que genera la conversión. que toma una muestra de la señal seleccionada y mantiene su valor durante el tiempo que dura la conversión análoga . Slew rate: Es la velocidad a la cual el valor de la salida del S&H converge al valor muestreado deseado. El proceso de con-versión análoga-digital requiere que la señal análoga de entrada permanezca en un valor constante de tal forma que el ADC pueda realizar su tarea en forma adecuada. Aparece aquí. Como es lógico. Es interesante saber que la relación señal/ruido sea lo más elevada posible. El circuito básico S&H es el que se muestra en la siguiente figura:
. c. Tiempos de conversión: Es el tiempo desde que se aplica la señal a convertir hasta que la señal (análoga ó digital) esté disponible en la salida. Tiempo de asentamiento: Es el intervalo de tiempo entre la señal de retención y el definitivo asentamiento de la señal (dentro de la banda de error especificada). la rapidez del conversor depende también del número de bits a la salida. Tiempo de adquisición: En el caso de conversores Análogo-Digital.garantice la conversión de forma correcta. es el tiempo durante el cual el sistema de muestreo y retención (Sample & Hold) debe permanecer en estado de muestreo (sample). que se limita a detectar puntualmente el nivel de la señal analógica. El código resultante se ve influida también. un elemento llamado sample & hold.
el registro mantiene constante el número digital hasta que se reciba otro comando. como por ejemplo en instrumentos de medida como osciloscopios de almacenamiento digital se emplea la conversión de tipo paralela y en aplicaciones del control de proceso como válvulas se puede efectuar en forma serie. La decisión de emplearlos en serie o paralelo se basa en el uso final.
Conversores tipo Digital-Analógica (DAC): Convierten las señales digitales en cantidades eléctricas analógicas relacionadas en forma directa con el número de entradas codificado digitalmente. Después de la adquisición. Un sistema tipo DAC se basa en el diagrama que se muestra en la siguiente figura:
Esquema básico de un DAC
El registro acepta una entrada digital.Circuito Sample and Hold. sólo durante la duración de la señal convert. Los DAC efectúan sus conversiones recibiendo la información en forma serial o paralela. Cada resistor de la rama está ajustado según el bit que tenga a la entrada como se muestra en el esquema correspondiente a la siguiente figura:
. Los interruptores dan acceso a una red sumadora resistiva que convierte cada bit en su valor en corriente y a continuación la suma obteniendo una corriente total. Las salidas del registro controlan interruptores que permiten el paso de 0 [V] o el valor de la fuente de voltaje de referencia. El valor total alimenta a un amplificador operacional que realiza la conversión a voltaje y el escalamiento de la salida.
es difícil encontrar en valor exacto de los resistores adecuados para un diseño en particular. la tensión de salida de un conversor de n bits. Para evitar la necesidad de disponer de tantos valores resistivos. El circuito de la figura del esquema básico de un DAC. la estructura R/2R (mostrada en la siguiente figura) utiliza solo dos valores aunque necesita el doble de resistencias.
.Conversor básico escalera.
Luego. pues. Debido a las características estándar en la fabricación de las resistencias. se requieren n resistores y los cuales se van duplicando en magnitud. está dada por: ( ) ( )
Donde cada an representa la información binaria ”0” o ”1”. presenta un grave inconveniente.
aproximaciones sucesivas. Se usan un gran número de métodos para convertir señales analógicas a la forma digital. El esquema se muestra en la siguiente figura:
. los que más usados son: Rampa de escalera. tipo serie. Si n es el número de bit obtenidos de la palabra.Estructura R/2R
Con esta técnica se pueden fabricar conversores tipo ADC de 12 a 16 bit. empujado por el desarrollo del disco compacto. paralelo (flash). sin embargo. esto significa que habrá niveles de tensión diferentes Todo convertidor ADC debe procurar que el conjunto de bit obtenidos a la salida sea un reflejo lo más exacto posible del valor analógico correspondiente. voltaje a frecuencia. la estabilidad de la fuente de poder y el ruido viene a jugar un papel crítico al aumentar el número de bit. Rampa De Escalera: Se basa en la comparación de la señal analógica de entrada con una señal de rampa definida con precisión. Conversores tipo Analógica-Digital (ADC): Los dispositivos ADC convierten un nivel de tensión analógico en una palabra digital correspondiente. Un entorno de aplicación especialmente importante para los conversores DAC es el audio. doble rampa.
La secuencia pasa directamente como entrada paralelo al DAC que responde con 0 [V] a la salida.
. sino un contador programable que se incrementa o decrementa de acuerdo a la influencia del bit de mayor peso (SAR).Conversor de rampa escalera
Se comienza activando un pulso de inicio en la lógica de control. el reloj se detendrá y se tendrá la salida digital del valor de cuenta anterior. entonces el reloj continuará alimentando al comparador. entonces el comparador responderá con un ”1”y se incrementa la cuenta en 1 digital. y así sucesivamente. El esquema es prácticamente el mismo. entregando en sus salidas el código binario del cero digital. ahora la cuenta máxima solo es de n veces. Se utiliza ampliamente debido a su combinación de alta resolución y velocidad. El esquema de la siguiente figura muestra este convertidor. el cual compara la magnitud de la señal analógica de entrada con el valor entregado por el conversor.
La lógica del comparador es si la señal de entrada es mayor que la referencia. En este caso. Aproximaciones Sucesivas: Es una técnica de conversión más efectiva que la ante-rior. De lo contrario si entrega un ”0”. De esta manera no es necesario contar con veces como lo hacía el contador tipo rampa. difieren en que el contador dentro del registro no es un contador secuencial de uno en uno. pues si el comparador entrega un ”1”. Del valor que proporcione el comparador dependerá que el contador continúe contando o bien. Esta señal es usada como entrada de referencia a un comparador. con esta acción el contador se inicializará en cero. el contador se detendrá. sólo la cuenta se detendrá cuando la respuesta del DAC sea mayor que la entrada de la señal analógica. se detenga.
Curva de salida del DAC
El ADC de aproximaciones sucesivas es de los más utilizados. La cantidad es tomada por el DAC de tal manera que su equivalente analógico se compara con la señal de entrada. con todos los demás bit en ”0”. muestra la salida característica de este tipo de conversor.
. el procedimiento se va estabilizando hasta llegar un valor estable y que corresponderá con el valor de la medición. es posible encontrar modelos capaces de suministrar 16 bits en la salida y realizar la conversión en un tiempo de unas decenas de microsegundos. cuando ocurra esto. El procedimiento anterior se repite hasta terminarse de probar ”1” en cada bit del contador. Lo anterior equivale a un tanteo digital. Si la salida del DAC es mayor que la entrada. se elimina el ”1” del bit MSB y se pone a ”1” el bit inmediatamente anterior. y así sucesivamente hasta que se logre encontrar una secuencia análoga pero que resulta ser menor que la entrada de la señal. a medida que se avanza. La siguiente figura. son los más comunes y ofrecen una elevada velocidad a un precio ajustado. Los modelos de 12 y 8 bits.Conversor de aproximación sucesiva
El SAR pone el bit MSB en ”1” y todos los restantes en ”0”. el bit mantendrá su valor y se pone a ”1” el bit inmediatamente anterior.
están dispuestos en paralelo. Este tipo de conversor por razón de velocidad es ampliamente usado en el campo de las telecomunicaciones. y al mismo tiempo. los instrumentos de medida y. en general. la propia señal analógica que se debe convertir y una señal de referencia. Este dispositivo consiste en un integrador basado en un amplificador operacional.Paralelo (Flash): Los conversores de tipo flash o conversión directa. La complejidad de la arquitectura flash se deriva precisamente del elevado número de comparadores necesarios a medida que aumenta el número de bits que se desea obtener a la salida. Dos señales participan en la etapa de entrada. En la configuración básica. El número de éstos es . Doble Rampa: Los de tipo rampa tienen como punto fuerte la precisión.
. a la entrada de un decodificador. el tratamiento de señales rápidas como la de vídeo. donde n es el número de bits de salida. utilizados como comparadores. y que más allá no son prácticos teniendo en cuenta el tamaño del chip. la señal analógica se aplica a las puertas no inversoras de un cierto número de amplificadores operacionales que. A la entrada inversora de cada comparador se aplica la tensión de referencia. sólo pueden aplicarse a señales cuyo nivel oscile de forma muy lenta (un valor típico de velocidad de muestreo es de 10 muestras por segundo). no es de extrañar que los conversores de tipo flash ven limitada su resolución por su elevada integración. El resultado es la diferencia de tensión entre dos comparadores sucesivos es de 1 LSB. el correcto funcionamiento de los comparadores e incluso el precio. parten de una concepción radicalmente opuesta: la velocidad es el objetivo básico de esta arquitectura y el costo que se debe pagar por ello es un circuito muy complejo aunque sencillo a nivel de concepto. que a su vez ataca una red de resistencia de valor idéntico y dispuestas en serie. El resultado es que no existe ningún convertidor flash que ofrezca una resolución de 16 bit.
Los tiempos de muestreo y de medida son detectados por un contador que se encuentra a la salida del integrador y dependen de la resistencia.
Para dos entradas.
. Pueden alcanzar una resolución de hasta 18 o 20 bits. por su exactitud e inmunidad al ruido. la señal analógica que se va a digitalizar y una señal de referencia de valor constante. el condensador y la tensión de entrada. los ADC de doble rampa se utilizan. El resultado de la actuación coordinada de ambos interruptores es que en la salida se obtenga una señal de doble rampa. por ejemplo. Dada sus especiales características. es el tiempo de subida o de muestreo y tensión de referencia y es la tensión analógica. en los voltímetros digitales. el que permite la intervención que éste o no.Conversor doble rampa. de acuerdo con la siguiente ecuación:
Donde . Otro interruptor se halla en paralelo con el condensador.
el de bajada o de medida. Una de subida (la carga del condensador con la tensión analógica en la entrada) y la de bajada (con la tensión de referencia a la entrada). Un interruptor se encarga de que una de las dos esté conectada en todo momento al amplificador integrador. El cálculo de la señal digitalizada se fundamenta en la relación entre los tiempos de subida y bajada.
El pulso es realimentado a un conmutador que descarga el condensador integrador. La transmisión serie emplea una sola trayectoria para transportar bits de información.
. La data paralelo entra al conversor de capacitor conmutado. por su bajo costo en cableado. Las frecuencias típicas del convertidor voltaje frecuencia son entre 10 KHz a 1 MHz. Muchos de estos dispositivos están basados en el método de capacitor conmutado. Esta rampa se aplica a un generador monoestable el cual genera un pulso de amplitud definido por el voltaje de entrada rampa. Los pulsos se cuentan mediante un contador electrónico. la carga de cada condensador es conmutada y sumada.
. Conversor Voltaje . cada condensador de la rama está ajustado según el bit que tenga a la entrada. están los de conversión serie. obteniéndose la señal por intervalos de tiempo y suma en el punto inversor del amplificador operacional de la entrada. la cual permite entregar una secuencia digital de ocho bit (o más) de salida en forma serial. Este valor de voltaje establece los límites superiores e inferiores de la salida analógica. el voltaje continuo de entrada se convierte en un conjunto de pulsos cuya frecuencia es proporcional a la magnitud del voltaje de alimentación. En la generación de la señal analógica. Serie: Dentro de los nuevos dispositivos. Esta transmisión es realizada de forma síncrona o asíncrona. Su utilización es adecuada en ambientes ruidosos. lo que va a determinar el tiempo de carga. lo que la hace ideal para comunicaciones a grandes distancias. por su alta inmunidad al ruido y exactitud. terminando así la rampa. La conversión está directamente relacionada con el valor de tensión que se carga el condensador.Voltaje Frecuencia En este tipo de conversores. el cual se describe a continuación. que corresponde a una red de condensadores en serie a cada bit y a un interruptor conectado al voltaje de referencia ( ). Cuando se aplica un voltaje de entrada el integrador genera un voltaje de salida de rampa con una pendiente proporcional al voltaje aplicado. durante un intervalo de tiempo específico y la cuenta resultante se exhibe como una representación digital del voltaje.Frecuencia
El esquema es el que se muestra en la figura anterior.
es importante destacar los parámetros que aporta el fabricante de cada dispositivo y las condiciones de trabajo en que fueron medidas. Su éxito se fundamenta en conseguir tanto una resolución como una velocidad aceptable para una gran variedad de aplicaciones. Cada convertidor posee sus propias características y parámetros que lo definen.Conclusiones
Los sistemas ADC y DAC son necesarios cuando se realiza procesamiento digital de señales. Si el ADC. está situado a la salida de un sensor (que habitualmente aporta una señal de amplitud débil) es esencial que en la etapa de conversión no se genere un nivel de ruido que impida la conversión real de la señal de entrada. con cada valor de resistencia ajustado al valor del bit de entrada. Son muy utilizados en sistemas de instrumentación y adquisición de datos. permiten el nexo entre ambos espacios. como estructura básica. cuando más se ajuste un determinado modelo en su funcionamiento a estas curvas. del mundo real y el digital. Normalmente se trata de redes resistivas conectadas a los bits de entrada. Estos parámetros y medidas se toman con respecto a curvas ideales de transferencia. La arquitectura más extendida entre los ADC es la basada en el método de las aproximaciones sucesivas. En todo ADC el conjunto de bits obtenidos a la salida sea un reflejo lo más exacto posible del valor analógico correspondiente. o sea. más preciso será para obtener un buen funcionamiento de cada convertidor.
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