Convertidor de analógico a digital | Está funcionando | Tipos y aplicaciones importantes

Mi contenido

· Convertidor de analógico a digital (ADC)

· Principio de funcionamiento de un convertidor de analógico a digital

· Símbolo eléctrico del convertidor analógico a digital

· Tipos de conversor de analógico a digital y explicaciones

· Aplicaciones del convertidor de analógico a digital

· Prueba de un convertidor de analógico a digital

· Un ADC IC

Definición y descripción general del convertidor de analógico a digital

Un convertidor de analógico a digital es un dispositivo electrónico. Como su nombre predice, la señal analógica suministrada se convierte en una señal digital que se produce en la salida. Las señales analógicas, como la voz grabada por un micrófono, se pueden convertir en una señal digital mediante un convertidor de analógico a digital. 

Un convertidor de analógico a digital también se conoce como ADC y convertidor de A a D, etc.

Funcionamiento de un convertidor analógico a digital

Una señal analógica se define como la señal de amplitud continua y continua en el tiempo. Al mismo tiempo, una señal digital se define como la señal de tiempo discreto y de amplitud discreta. Una señal analógica se convierte en una señal digital con la ayuda de un convertidor de analógico a digital. La transformación tiene varios pasos, como muestreo, cuantificación y otros. El proceso no es continuo; en cambio, es periódico y limita el ancho de banda permitido de la señal de entrada.

Un convertidor de analógico a digital funciona según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon. Establece que: una señal de entrada se puede recuperar de su salida muestreada si la frecuencia de muestreo es dos veces mayor o igual que el componente de frecuencia más alto presente en la señal de entrada.

Hay varios parámetros para medir el rendimiento de un convertidor de analógico a digital. El ancho de banda de la señal de salida, la relación señal / ruido son algunos de los parámetros.

Símbolo eléctrico de un ADC

El siguiente símbolo representa un convertidor analógico a digital (ADC).

Símbolo de convertidor analógico a digital

Tipos de convertidores analógicos a digitales

La conversión de señales analógicas de entrada en señales digitales se puede lograr a través de diferentes procesos. Analicemos algunos de los tipos en detalle:

A. Flash ADC

Flash ADC se conoce como convertidor analógico a digital del tipo de conversión directa. Es uno de los tipos más rápidos de convertidores de analógico a digital. Comprende una serie de comparadores con los terminales inversores conectados a una escalera divisora ​​de voltaje y los terminales no inversores conectados a la señal de entrada analógica.

Como muestra el circuito, una escalera de resistencias bien emparejadas está conectada con un voltaje de referencia o umbral. Se utiliza un comparador en cada toma de la escalera de resistencias. Luego hay una etapa de amplificación, y luego de eso, el código se genera como valores binarios (0 y 1). También se utiliza un amplificador. El amplificador amplifica la diferencia de voltaje de los comparadores y también suprime el desplazamiento del comparador.

Si el voltaje medido está por encima del voltaje umbral, entonces la salida binaria será uno, y si el voltaje medido es menor que el trabajo binario será 0.

Los ADC recientemente mejorados se modifican con sistemas de corrección de errores digitales, calibraciones de compensación y, además, son de un tamaño más pequeño. Los ADC ahora están disponibles en circuitos integrados (IC).

Este tipo de convertidores de analógico a digital tiene una alta frecuencia de muestreo. Por tanto, tiene aplicaciones en dispositivos de alta frecuencia. Detección mediante radares, radios de banda ancha, diversos equipos de prueba son algunos de ellos. La memoria Flash NAND también utiliza convertidores de analógico a digital de tipo flash para almacenar hasta 3 bits en una celda.

Los ADC de tipo flash son más rápidos en velocidad de operación, simples en circuitos y la conversión coincide en lugar de secuencialmente. Sin embargo, estos requieren un número considerable de comparaciones que los diferentes tipos de ADC.


Tipo de flash ADC
Crédito de la imagen: Jon Guerber, ADC flashCC BY 3.0

B. Tipo de aproximación sucesiva ADC

El ADC de tipo de aproximación sucesiva es otro tipo de convertidor de analógico a digital que utiliza la búsqueda binaria a través de niveles de cuantificación antes de la conversión al dominio digital.

Todo el proceso se divide en diferentes subprocesos. Hay un circuito amplio y de retención, que toma la entrada analógica, Vin. Luego hay un comparador que compara el voltaje analógico de entrada con el convertidor interno de digital a analógico. También hay un registro de aproximación sucesiva (SAR), que toma la entrada como pulso de reloj y datos de comparación.

El SAR se inicializa principalmente para hacer que el MSB (bit más significativo) sea lógico alto o 1. Este código se suministra al convertidor de digital a analógico, que además proporciona el equivalente analógico al circuito comparador en comparación con la señal de entrada analógica muestreada . Si el voltaje es mayor que el voltaje de entrada, entonces el comparador restablece el bit. De lo contrario, el bit se deja como está. Después de eso, el siguiente bit se establece en uno digital, y todo el proceso se realiza nuevamente hasta que se prueba cada bit del registro de aproximación sucesiva. La salida final es la versión digital de la señal de entrada analógica.

Hay dos tipos de convertidores analógicos a digitales de aproximación sucesiva disponibles. Son: tipo de contador y tipo de seguimiento de servo.

Estos tipos de ADC dan los resultados más precisos que otros tipos de ADC.

Tipo de aproximación sucesiva ADC
Crédito de la imagen: White Flye, Diagrama de bloques SA ADCCC BY-SA 2.5

C. Integración de tipo ADC

Como su nombre lo indica, este tipo de ADC convierte la señal analógica de entrada de amplitud continua y en tiempo continuo en una señal digital utilizando un integrador (un integrador) para aplicar un amplificador operacional que toma una señal de entrada habitual y proporciona una señal de salida integrada en el tiempo).

Se aplica una tensión de entrada analógica no identificada en el terminal de entrada y se permite que aumente durante un cierto período, conocido como período de aceleración. A continuación, se aplica al circuito integrador un voltaje de referencia predeterminado de polaridad opuesta. También se permite que aumente hasta que, ya menos que el integrador dé la salida como cero. Este tiempo se conoce como período de agotamiento.

El tiempo de inactividad generalmente se mide en unidades del reloj del ADC. Entonces, un tiempo de integración más largo da como resultado una resolución más alta. La velocidad de este tipo de convertidor se puede mejorar comprometiéndose con la solución.

Como la velocidad y la resolución son inversamente proporcionales, este tipo de convertidores no encuentra aplicaciones de procesamiento de señal digital o procesamiento de audio. Preferiblemente, se utilizan en medidores de medición digitales (amperímetros, voltímetros, etc.) y otros instrumentos donde una alta precisión es crucial.

Este tipo de ADC tiene dos tipos: convertidor analógico a digital de equilibrio de carga y ADC de doble pendiente.

D. Wilkinson ADC

- DH Wilkinson diseñó por primera vez este tipo de convertidor de analógico a digital en el año 1950.

Al principio, el condensador se carga. Un comparador comprueba esta condición. Después de llegar a ese nivel especificado, ahora el capacitor comienza a descargarse linealmente, produciendo una señal de rampa. Mientras tanto, también se inicia un pulso de puerta. El pulso de la puerta permanece encendido por el resto del tiempo mientras se descarga el capacitor. Este pulso de puerta opera además una puerta lineal que además recibe entrada de un reloj oscilador de alta frecuencia. Ahora, cuando el pulso de la puerta está ENCENDIDO, el registro de direcciones está contando varios pulsos de reloj.

E. Convertidor analógico a digital de extensión de tiempo (TS - ADC):

Este tipo de convertidor analógico a digital funciona con una tecnología combinada de electrónica y otras tecnologías.

Puede digitalizar una señal de ancho de banda muy alto que no se puede hacer con un ADC ordinario. Esto a menudo se denomina "digitalizador de estiramiento de tiempo fotónico".

No solo es analógico a digital, sino que también se utiliza para equipos en tiempo real de alto rendimiento, como imágenes y espectroscopía.

Hay varios otros tipos de convertidores de analógico a digital.

  • El ADC codificado en Delta
  • El ADC canalizado,
  • El ADC Sigma-delta,
  • Los ADC intercalados en el tiempo, etc.

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Aplicaciones de ADC

El convertidor de analógico a digital es uno de los dispositivos electrónicos más importantes de esta era moderna. Esta es una era de digitalización, pero nuestro mundo es analógico en tiempo real. La conversión de datos analógicos en el dominio digital es la necesidad de esta hora. Por eso son tan importantes. Algunas de las aplicaciones importantes de un ADC son: 

A. Procesamiento de señales digitales

- Los convertidores de analógico a digital son esenciales para editar, modificar, procesar, almacenar y transportar datos desde el campo analógico al área digital. Los microcontroladores, los osciloscopios digitales y el software crítico encuentran aplicaciones en este dominio. Los dispositivos como los osciloscopios digitales pueden almacenar formas de onda para su uso posterior, mientras que un osciloscopio analógico no puede.

B. Microcontroladores

- Los microcontroladores hacen que un dispositivo sea inteligente. En la actualidad, casi todos los microcontroladores tienen convertidores de analógico a digital en su interior. El ejemplo más común puede ser el Arduino. (Está construido en un microcontrolador ATMega328p) El Arduino proporciona una función útil de 'analogRead ()', que toma señales de entrada analógicas y devuelve datos digitales generados por el ADC.

C. Instrumentos científicos

, Los ADC son útiles para fabricar varios instrumentos y sistemas electrónicos necesarios. Las imágenes digitales para la digitalización de píxeles, tecnologías de radar y muchos sistemas de teledetección son un ejemplo. Los dispositivos como los sensores producen una señal analógica para medir la temperatura, la intensidad de la luz, la sensibilidad a la luz, la humedad del aire, la presión del aire, el pH de una solución, etc. Todas estas entradas analógicas son convertidas por ADC para generar una salida digital proporcionada.

D. Procesamiento de audio:

-ADC tiene una aplicación vital en el campo del procesamiento de audio. La digitalización de la música mejora la calidad de la música. Las voces analógicas se graban mediante micrófonos. Luego se almacenan en plataformas digitales mediante un ADC. Muchos estudios de grabación de canciones graban en formatos PCM o DSD y luego se someten a muestreo para producciones de audio digital. Se utilizan para retransmisiones en televisores y radios.

Prueba de un convertidor de analógico a digital

Para probar un convertidor de analógico a digital, en primer lugar, necesitamos una fuente de voltaje de entrada analógica y un equipo electrónico para enviar y controlar señales y recibir los datos de salida digital. Algunos de los ADC también requieren una fuente de señales de referencia. Hay algunos parámetros para probar un ADC.

Algunos de ellos son -

  • Relación señal / ruido (SNR),
  • Distorsión armónica total (THD),
  • No linealidad integral (INL),
  • Error de compensación de CC,
  • Error de ganancia de CC,
  • Disipación de energía, etc.

ADC IC

Los ADC están disponibles comercialmente como circuitos integrados en el mercado. Algunos de los ADC IC de uso común son ADC0808, ADC0804, MPC3008, etc. Encuentran aplicaciones en dispositivos como Rasberry pi y otros procesadores o circuitos electrónicos digitales donde se necesita un ADC.

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Sobre Sudipta Roy

Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones.
Tengo un gran interés en explorar tecnologías modernas como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático.
Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los alumnos.
Ayudar a alguien a adquirir conocimientos me produce un inmenso placer.

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