2.1.2 ELEVADA ESTABILIDAD TRMICA

Cuando evaluamos el rendimiento (es decir, cual es la respuesta de un sistema durante un periodo

de tiempo) la situacin se empeora. Los componentes que incluyen resistencias, condensadores y

amplificadores operacionales cambian sus caractersticas en funcin de los cambios de temperatura. Esto

significa que un circuito analgico puede responder de muy diferente forma a 0 C de lo que lo hace a 70 C.

Por el contrario, los circuitos digitales no muestran variacin mientras trabajen dentro del rango de

temperatura garantizado por el fabricante.

El tercer factor de variacin para los circuitos analgicos es el envejecimiento. Los condensadores

en particular son propensos a que se les produzca un envejecimiento del dielctrico. Esto representa un cambio

en la impedancia del componente y por tanto una alteracin en el comportamiento del circuito. Para

compensar las variaciones trmicas y de envejecimiento de los componentes se deben prever ciertas

compensaciones en los circuitos. Esto complica en gran medida el proceso de diseo y el rendimiento general

previsto para el circuito.

A parte de todo esto, hay que decir que existen miles de sistemas analgicos en uso para proceso de

seales, an as, el problema no es menos significativo. Sin embargo la existencia y uso de los procesadores

digitales de seal eliminan estas variables. Adems, los circuitos de DSP pueden ser programados para detectar

y compensar los cambios que se produzcan en las partes analgicas y mecnicas del sistema completo.

2.1.3 REPROGRAMABILIDAD

Una de las razones del veloz desarrollo de los ordenadores digitales (en forma de PC) es que son

programables, y reprogramables. Damos esto por sentado puesto que podemos estar usando nuestro PC como

un procesador de textos y pocos segundos despus hacerlo funcionar como consola de juegos. La tecnologa de

los microprocesadores ofrece las mismas ventajas a un sistema de proceso digital de seales.

Es perfectamente viable disear una configuracin hardware que pueda ser programada para

realizar una amplia variedad de tareas de proceso de seales, simplemente cambindole el programa de

funcionamiento. Por ejemplo, un filtro digital puede pasar de funcionar como pasa bajo a pasa alto sin

necesidad de tocar para nada el hardware. En un sistema analgico sera necesario cambiar el diseo

completamente.

En muchos casos no es necesario reprogramar el sistema, solo hace falta poner al da su modo de

funcionamiento. Como ejemplo podra ponerse a los sistemas de guiado de los misiles. La habilidad de realizar

CAPITULO 2 Ventajas del DSP

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estas operaciones sin ms que cambiar un circuito de memoria supone un gran avance para el proceso digital

Por supuesto que se puede poner al da un sistema analgico, pero esto conlleva el cambio de

valores en componentes los cuales estn normalmente soldados al circuito y existe un lmite en el nmero de

veces que se puede desoldar un componente de un circuito.

2.1.4 ADAPTACIN

Hace algunos aos se desarrollaron sistemas de DSP que podan cancelar algo del ruido existente en

el interior de una cabina de un coche, helicptero o aeroplano. En el caso del coche, el ruido est originado por

el motor, y las resonancias se transmiten al chasis a causa de las vibraciones del motor. El sistema de

cancelacin de ruido toma la velocidad del motor como una referencia e intenta producir una seal de "antiruido"

para cancelar el ruido en la cabina. En cada reposacabezas hay micrfonos que determinan el xito del

intento. Basndose en los cambios detectados por los micrfonos, el sistema cambia las caractersticas de la

seal "anti-ruido" hasta que se alcanza la mayor reduccin posible del ruido. Cuando la velocidad del motor

vara, el sistema se adapta una vez ms a la nueva velocidad del motor.

Un sistema DSP puede fcilmente adaptarse a cualquier cambio de las variables ambientales. El

algoritmo adaptativo se limita a calcular los nuevos parmetros requeridos y los deja en memoria,

sobreescribiendo los antiguos. Es posible un nivel muy bsico de adaptacin en los sistemas analgicos, pero el

cambio completo del complejo conjunto de caractersticas de un filtro (usado para cancelacin de ruido) est

ms all del mbito prctico del proceso analgico de seales.

2.1.5 TRANSMISIN DE DATOS Y ALMACENAMIENTO

Aunque algunos expertos no estn de acuerdo, para la mayora de la gente, la llegada del

reproductor de Discos Compactos (CD) trajo al hogar los sistemas de alta fidelidad libres de problemas. El

tradicional disco negro de vinilo, con todos sus ruidos, est siendo considerado poco a poco como una pieza de

museo. Est claro que la fidelidad de los sistemas digitales es mayor que la de los analgicos. La facilidad

existente en los sistemas de grabacin para introducir errores (ruidos) en la msica es bien conocida. A menos

que un reproductor de discos compactos reciba un fuerte golpe, funcionar sin apenas errores, y los que

pudieran surgir, se pueden corregir digitalmente sin prdida de fidelidad.

Estamos considerando un gran cantidad de factores como son: relacin seal-ruido, proteccin

contra errores, deteccin y recuperacin, compresin de datos, etc.

Continuando con el ejemplo de un sistema de alta fidelidad domstico, echemos un vistazo a la

relacin seal-ruido. El trmino est bastante claro, el factor ms importante a considerar es obtener la mayor

CAPITULO 2 Ventajas del DSP

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cantidad de seal para una mnima cantidad de ruido. Si observamos el proceso de reproduccin, desde el disco

al amplificador de potencia, podemos comparar la representacin del ruido del audio digital y analgico.

Tomando el sistema digital en primer lugar, existir algn nivel de ruido en el disco compacto,

causado por algo que llamaremos "error de cuantificacin". Una vez el disco situado en el reproductor, se

utiliza un rayo lser para leer las pistas de informacin de la superficie del disco. En esta etapa existirn errores

de datos debidos a fallos en la construccin del disco, daos en el mismo, vibracin en el lser o defecto de

alineamiento. Gracias a un cdigo especial aadido a la informacin musical grabada, muchos de dichos

errores pueden ser corregidos mediante un dispositivo DSP existente en el interior del reproductor.

La informacin correspondiente a la seal musical en el CD original tiene un formato de 16 bits de

longitud por palabra de datos. Para mantener la exactitud, los clculos intermedios se realizan con al menos 32

bits de precisin. Con el apropiado sobremuestreo, puede obtenerse un valor de 20 bits para ser convertido a

una onda analgica. No existe por supuesto prdida de informacin a causa del procesado digital de la seal.

Podemos descontar tambin el ruido producido a causa de los posibles errores en los datos digitales.

En los circuitos digitales solo pueden existir dos estados posibles, el '0' lgico y el '1' lgico. La diferencia entre

ambos es tpicamente y como mnimo de 3 voltios. La nica forma en que la seal puede corromperse mientras

se transmite en forma digital, es mediante la introduccin de ruido de una forma drstica, de forma que

provoque que aquello que es un '1' lgico sea interpretado como un '0' lgico o viceversa. Esto no ocurre en

Una vez finalizado todo el proceso, la seal musical digitalizada es conducida a un circuito especial

que la convierte en una seal analgica, de forma que puede ser amplificada de forma convencional. El

proceso de conversin digital a analgica no reproduce perfectamente la onda analgica por lo que es

necesario algn tipo de filtrado analgico antes de que la seal sea llevada a un amplificador. Esta etapa de

filtrado analgico est considerada como indeseable y se emplean tcnicas como la interpolacin o el

sobremuestreo mediante DSPs en el interior del reproductor de CD para reducir o eliminar la necesidad del

filtrado analgico. La salida del convertidor digital a analgico alcanza tpicamente los 2 V. de amplitud y

requiere nicamente un control de volumen pasivo y un amplificador de potencia.

Ahora volvamos al omnipresente disco de vinilo. El proceso de fabricacin de un LP lleva consigo

la creacin de unos moldes para prensar los discos de vinilo. Estos se desgastan durante su uso y tienen una

vida finita. En esta etapa se pueden introducir pequeas diferencias respecto al molde metlico original.

Existen otros problemas relacionados con el material de vinilo utilizado para la grabacin de LPs, y es que

ste es muy propenso a daarse con su simple manipulacin, un pequeo golpe de la misma aguja del

reproductor o un mal almacenaje es suficiente. Hay que tener en cuenta tambin la tendencia de la superficie a

atraer pequeas partculas por carga electrosttica, la cual puede descargarse en cualquier momento a travs de

CAPITULO 2 Ventajas del DSP

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la aguja del giradiscos. No existe ningn tipo de mecanismo para detectar o corregir este tipo de errores y el

consiguiente ruido generado.

Existe una gran cantidad de diseos de cpsulas para convertir la seal mecnica (surcos) del disco en

energa elctrica. Hasta un odo poco entrenado es capaz de detectar diferencias significativas entre distintos

modelos de cpsula. La exactitud de la conversin es claramente cuestionable. Los encapsulados tpicos

producen una salida de 1-2 mV, en el caso de encapsulados de bobina mvil esta salida no es lineal con la

frecuencia y requiere ecualizacin y amplificacin.

La seal del amplificador es llevada a travs de un cable coaxial hasta el ecualizador/amplificador.

El cable coaxial ofrece buen aislamiento (aunque no perfecto) frente a las interferencias externas. Adems, ser

inevitable que se introduzca ruido en el ecualizador/amplificador a causa de las fuentes de alimentacin del

circuito, interferencias de otras seales, ecualizacin defectuosa, y as sucesivamente.

De todo lo expuesto hasta ahora se deduce que la informacin digital es ms robusta que la

analgica. Hay varias cuestiones a tener en cuenta en el proceso de conversin analgica a digital y viceversa,

pero con la adecuada atencin a los principios bsicos pueden ser minimizadas.

2.1.6 COMPRESIN DE DATOS

La razn de que la compresin de voz, imgenes y otro tipo de datos sea importante es porque los

canales de transmisin de esta informacin cuestan dinero. Satlites, fibra ptica y cables son caros de instalar

y mantener. El centro de la cuestin radica en transmitir la mxima cantidad de informacin en el mnimo

tiempo posible.

En todos los ejemplos de compresin analgica se pierde algo de informacin. Un ejemplo tpico es

el limitado ancho de banda que utilizan las lneas telefnicas analgicas cuando se multiplexan las llamadas.

En la transmisin o almacenamiento de datos digitales se pueden dar dos formas de compresin, sin

prdidas o con prdidas. En la compresin sin prdidas, cuando se restaura la informacin, se mantiene sin

cambios respecto a la informacin original antes de la compresin. En la compresin con prdidas existe un

cierto nivel de prdida de informacin, normalmente en los detalles ms finos. En compresin de voz e

imgenes, una ligera degradacin en la calidad puede ser aceptable para el que escucha o el que ve. Cuando se

trata de datos financieros u otro tipo de datos de esta ndole, no se pueden permitir cambios. La compresin

con prdidas tiene la ventaja de alcanzar mayores niveles de compresin.

CAPITULO 2 Ventajas del DSP

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2.1.7 CAPACIDADES NICAS DEL DSP

Existen varias tcnicas de proceso digital de seales que no pueden ser realizadas mediante sistemas

analgicos. El ejemplo clsico es el de los filtros de fase lineales. Un filtro digital de respuesta a impulsos

finitos con coeficientes simtricos alrededor del punto medio tendr una respuesta lineal en fase con la

frecuencia. Otro tipo de filtro sencillo de implementar mediante tcnicas digitales es el filtro de ranura (notch

filter) con flanco de corte brusco. Es virtualmente imposible el crear filtros similares mediante tcnicas

Los sistemas de control nos proporcionan ms ejemplos que solo son realizables mediante tcnicas

digitales. Algunos son aquellos que se utilizan en situaciones en las que es necesaria una respuesta inmediata.

Los controladores digitales son tambin capaces de inferir una velocidad directamente de la salida de un

codificador, por lo que no necesitan de un tacmetro. Obviamente esto reduce el coste del sistema y mejora su

exactitud.

Ya se ha mencionado la compresin de datos sin prdidas en la transmisin y almacenamiento de

datos. Este tipo de compresin no es posible en el proceso analgico de seales.

2.1.8 SISTEMAS DSP EN LA PRCTICA

Debemos ser precavidos y no entusiasmarnos en exceso con el proceso digital de seales, pues ste

tambin tiene ciertas limitaciones respecto a lo que se puede llegar a hacer en la prctica con el procesado

digital de seales. Aunque se trata de una tecnologa relativamente nueva, aparecen regularmente en el

mercado dispositivos DSP ms rpidos, pero hay un lmite al procesamiento que puede hacerse en tiempo real.

Este limite se vuelve ms aparente cuando se toma en consideracin el coste del sistema. Nuevos desarrollos en

procesamiento en paralelo para DSP han llevado sus capacidades a otras reas, pero solo donde el incremento

del coste puede estar justificado.

Entonces, que podemos hacer actualmente con un DSP y a qu coste?. Ya hemos visto algunos

ejemplos de aplicacin del DSP: el reproductor de CD, control adaptativo del ruido en vehculos, etc. El coste

actual de un reproductor de CD, por debajo de las 20.000,- pts. es indicativo de que la tecnologa del DSP no es

una tecnologa cara. Como ejemplo, valga tambin el decir que el dispositivo DSP necesario para el control

adaptativo del ruido en un vehculo puede costar por debajo de las 1.500,-pts. para cantidades y que los DSP's

ms econmicos pueden estar alrededor de las 400 500,- pts para volmenes de cierta importancia. Adems,

con estos dispositivos se puede realizar un reconocimiento de voz bsico o el procesado de seal requerido en la

norma V.22bis (2400 bits por segundo) aplicada a los mdem.

Como ejemplo de lo que se puede hacer con los dispositivos DSP vamos a echar un vistazo a las 5

generaciones de la familia TMS320 de Texas Instruments. Por el momento, baste con recordar que la primera