UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA ELECTRONICA ANALOGICA II JULIO 2015 1

CONVERSORES ANALOGICO-DIGITAL YDIGITAL-ANALOGICO

Tania Torres, UPS Student, Alexander Martinez, UPS Student, Christian Ortiz, UPS Student, Javier Guaman, UPSStudent,

AbstractThis work focuses on the definition file for both theanalog-digital converter to the digital-analog converter, therebyachieving establish similarities and differences between the twoconverters, its most important features; and of course, theadvantages and disadvantages that need to work with both analogsignals such as digital type, besides presenting some importantapplications for each type of converter.

Index TermsDAC, ADC, analog, digital, signal.

I. INTRODUCCION

EN la actualidad las aplicaciones para los conversoresanalogico-digital y digital-analogico, son mucho mascomunes de lo que parecen, por citar un ejemplo, si hablamosde un reproductor de musica, necesitaremos un conversordigital-analogico que interprete el codigo en binario que portael CD y as convertir el codigo en una senal analogica que setransmita finalmente a los altavoces mediante algun actuador,en cuanto a los conversores analogico digital, las aplicacionesson muy obvias, por ejemplo si pensamos en una camarade video, esta recibira la senal analogica mediante su lentey mediante el convertidor debera convertir todas las senalesen sus respectivos codigos binarios para ser almacenados, enambos tipos de conversores el proposito es basicamente elmismo pero de una forma opuesta entre s, el cual se resumeen definir un codigo binario con su senal de voltaje recproca,siendo el codigo en binario una senal digital discreta y losvalores de voltaje senales analogicas continuas en el tiempo.

Al hablar de conversores se vuelve logico precisar lasdiferencias entre ellos, por lo que lo mas conveniente essenalar ventajas propias de cada senal; por ejemplo, paraun conversor analogico-digital, la principal ventaja radica enque al tener los datos en digital se puede almacenar grandescantidades de informacion, lo que va de la mano con el hechode que se guarda y procesa mucho mas rapido la senal digitalque la analogica, ademas de no introducirse ruidos en latransmision como con una senal analogica, y de introducirsealgun error, este es mas facil de detectar y corregir que en una

Tania Torres,Electronic Engineering Student, UPS Cuenca Ecuador, ttoresj1@est.ups.edu.ec

Alexander Martinez,Electronic Engineering Student, UPS Cuenca Ecuador, vmartinesm1@est.ups.edu.ec

Christian Ortiz,Electrical Engineering Student, UPS Cuenca Ecuador, cortiz@est.ups.edu.ec

Javier Guaman,Electronic Engineering Student, UPS Cuenca Ecuador, jguaman@est.ups.edu.ec

Nombre5 Apellido5,Electronic Engineering Student, UPS Cuenca Ecuador, autor5@est.ups.edu.ec

Manuscript received Julio 29, 2015.

Figure 1. Ejemplo de conversor Analogico-Digital trabajando con unidadesde temperatura.

senal analogica; sin embargo, las senales analogicas tambienpresentas sus ventajas sobre las senales digitales, como porejemplo, para su transmision el ancho de banda requerido esmenor que para la senal digital, y su principal ventaja porobvias razones al ser representada por senales continuas enel tiempo, es que presenta una correcta y ajustada definicion,ademas de su gran resolucion.

II. CONVERSOR ANALOGICO-DIGITALActualmente, existe una variedad de senales predominantes

en el mundo real las cuales, medimos y procesamos con granprecision, estas senales son analogicas; sin embargo, con laaparicion de las computadoras digitales, las tareas de analizar,visualizar y almacenar senales, requieren ser convertida en unaforma digital [1].

Un convertidor analogicodigital (ADC), tiene su base fun-damental para su funcionamiento, el cual, se interpreta comosigue, a cada nivel de entrada, se le asigna un codigo binariode salida, cuantos mas niveles (N) se desee codificar, mas bits(n) debera tener el codigo empleado. Para ello, nos guiaremosde la siguiente relacion [1]:

n >= log2(N) (1)

La entrada, solo podra variar entre determinados valores,el esquema que se muestra en la Figura 1 es tpico de unconversor analogico-digital [1].

III. CARACTERISTICAS, VENTAJAS YDESVENTAJAS DE LOS ADC

Existen varias caractersticas sobre los convertidoresanalogico-digital, entre ellos se encuentra la alta resolucion

mailto:ttoresj1@est.ups.edu.ecmailto:vmartinesm1@est.ups.edu.ecmailto:cortiz@est.ups.edu.ecmailto:jguaman@est.ups.edu.ecmailto:autor5@est.ups.edu.ec

Figure 2. Proceso de digitalizacion de una senal analogica.

que pueden tener, es decir, nos muestra el mnimo cambioque puede haber en la senal de entrada y se expresa segun elnumero de bits que existe en el codigo de salida, lo cual nosda como ventaja que mientras mayor es el numero de bits,menos es el porcentaje de resolucion, teniendo fijo el valordel voltaje de entrada. El voltaje tambien variara de formadescendente [2].

Existe tambien otra caracterstica muy importante acerca deestos convertidores, la cual es un rango dinamico de voltajemaximo de entrada; es decir, un margen de tension maxima ala entrada del convertidor, este margen puede ser: unipolar ybipolar, el margen unipolar hace referencia a una tension quepuede ir desde 0 voltios hasta un valor determinado, el margenbipolar, puede variar desde (-voltaje determinado) hasta (+voltaje asignado) [2].

Otra caracterstica es el tiempo de conversion de senalanalogica a digital (tc), el cual vara entre 10 us hasta 10ms. Este tiempo trae ventajas como desventajas las cualesestan relacionadas con el tiempo antes mencionado, es decir,mientras menor es el tiempo de conversion, mejor sera elresultado obtenido y esa es una ventaja; si el tiempo deconversion es mayor, el resultado no sera tan bueno, ya quealgunas senales de entrada se perderan y no seran convertidasdebido a que se pierde tiempo durante la conversion [3].

IV. APLICACIONES PARA LOS ADCA. SONIDO

La grabacion y transmision de los sonidos han percibidograndes cambios a lo largo de los ultimos anos, graciasal desarrollo de las tecnicas digitales, debido a las propiascaractersticas de los datos digitales ya senalados como lafacilidad para almacenarlos y el espacio de memoria reducidoque necesitan, ademas de ser mas faciles de leer o escribir conrespecto a una senal analogica, por tal razon en la actualidadmuchos de los dispositivos de audio trabajan con senalesdigitales almacenadas en CDs o DVDs por citar dos ejemplos.En el proceso de conversion de datos es donde precisamenteinterviene una ADC, la cual recibe la senal analogica, porejemplo mediante un microfono, para luego representar dichasenal mediante un codigo binario, segun el esquema senaladoen la Fig.2 [4].

B. INFORMATICALa informatica es la ciencia encargada de estudiar tecnicas,

procesos y metodos que conlleven al objetivo de almacenar,

procesar y trasmitir la informacion en forma digital, lo que esnotorio ya que las computadoras o cualquier sistema basadoen microprocesadores y microcontroladores, trabaja con datosen forma binaria, debido a que estos chips trabajan coninformacion definida por ceros y unos, con lo cual realizan loscalculos, instrucciones o procesamiento de datos del sistema,por lo que es obvia la importancia que una ADC dentrode un computador para la tarea de realizar el proceso dedigitalizacion [5]

C. COMUNICACIONES

En el tema de comunicaciones, la distribucion de infor-macion se la puede realizar tanto en formato analogico comoen formato digital; sin embargo, el hacerlo en formato digitalcuenta con ciertas ventajas muy importantes dentro de lascomunicaciones, para empezar los datos deben ser transmitidosa traves de cables que comunican pulsos electicos que a su vezson interpretados como unos o ceros en su recepcion, siendouna ventaja notable que en cuanto a la frecuencia, la bandaancha se aprovecha mejor al transmitir datos en formato digitalque analogico, ademas sabemos que al transmitir informacionse corre el riesgo de perderla; sin embargo, los datos digitalesson mas confiables que los datos analogicos en este sentido.En cuanto a costos transmitir informacion en formato digitalresulta mas barato que hacerlo con senales analogicas; sinembargo, es preciso mencionar que las senales digitales sedistorsionan y atenuan con la distancia, por lo que es comunintroducir repetidores de senal en las redes de transmision, conlo que el ruido y las distorsiones se disminuyen notablemente[6]

V. CONVERSOR DIGITAL- ANALOGICO

Un conversor digital-analogico (DAC), es un dispositivo quetransforma un numero digital en una senal electrica analoga,a lo largo de la historia se han inventado varios tipos deconversores debido a diferentes necesidades, de los que sedestacan, el conversor hidraulico del Imperio Otomano, elelectromecanico inventado por M.B. Farmer y J.M.E. Baudoten 1853 y 1875 respectivamente, aunque fue usado en primermomento para la telegrafa por Willard M. Miner en 1903. Elprimer conversor digital-analogico totalmente electronico fueel ideado por Reeves a principios de 1920. A partir de ahse han desarrollado diferentes tipos de conversores como porejemplo El conversor D/A con resistencias ponderadas y Conversor D/A con red de resistencias R-2R [7].

VI. CARACTERISTICAS, VENTAJAS YDESVENTAJAS DE LOS DAC

En muchos de los conversores digitales-analogicos se utilizaalguna forma de red reostatica (resistencias variables), as losdatos digitales se destinan a los reostatos en conjuntos de bits,en el sistema las resistencias varan en proporciones definidasy as se relaciona el flujo de corriente de cada uno con el valorbinario del bit recibido [9].

Los parametros que vamos a observar en un convertidordigital-analogico son los siguientes:

Figure 3. Ejemplo de un circuito FGDAC con amplificador operacional parauna entrada de 4 bits [8]

Figure 4. Esquema del dispositivo M-DAC [10].

Una resolucion que depende unicamente del numero debits de entrada del conversor, se tiene la posibilidad de con-version unipolar o bipolar, ademas, los convertidores digitales-analogicos operan con el codigo binario natural o con eldecimal codificado en binario (BCD). El tiempo de conversiones otra particularidad que define al convertidor necesario parauna aplicacion determinada, hablamos del tiempo que necesitapara efectuar el maximo cambio de su tension con un errormnimo en su resolucion. Otra caracterstica para este tipode conversor es que la tension de referencia, que puedeser interna o externa (si es externa puede ser variada entreciertos margenes), y la tension de salida vendra afectada poreste factor, constituyendose este a traves de un convertidormultiplicador; as mismo, debera tenerse en cuenta la tensionde alimentacion, el margen de temperatura y su tecnologainterna [9].

VII. APLICACIONES PARA LOS ADC

A. SISTEMA DE INTERFEROMETRIA DE LUZ BLANCA

Dentro de esta aplicacion se aplica un M-DAC, que esun dispositivo conversor de digital a analogico micro elec-tromecanico bajo accionamiento de un voltaje integrado conuna plataforma de espejo. Las suspensiones de la propuestaM-DAC se fabrican con parileno-C donde el parileno es uncomponente qumico que se usa para reducir la rigidez deldispositivo, mientras que la estructura espejo esta hecho por elsilicio de cristal unico para una mejor planitud. El dispositivode M-DAC sirve como un espejo de referencia con precisiona nano escala para un sistema de interferometra de luz blanca[10].

B. PROCESAMIENTO DE SENALES

Los convertidores digital-analogicos (DAC) se emplean deforma ubicua en los sistemas de procesamiento de senal conel objetivo de la utilizacion de las capacidades de los procesosanalogicos y digitales [8].

El procesamiento de senal se refiere a una serie de opera-ciones logicas y matematicas realizadas por un ordenador aun conjunto de datos de una senal, lo cual presenta diferentesbeneficios como cargar una informacion a una senal portadorapara que se transmita y reciba por un receptor como en el casode la transmision de radio o en telefona. Existen variadas apli-caciones dentro del tema de procesamiento de senales, como elreconocimiento de palabras, control de calidad, clasificacion,deteccion de errores, etc. [11].

En la actualidad los procesamientos de datos son totalmentenecesarios dentro de aplicaciones de la vida diaria tan co-munes como por ejemplo al ir al supermercado e identificardispositivos que leen el codigo de barras de los productosmediante su luz laser, en la medicina observamos un sinnumero de maquinas, dispositivos o instrumentos que empleanestos conversores destinados a realizar examenes medicoscomo las ecografas, o haciendo referencia a la industria llenade variados procesos automatizados que procesan y ejecutanmuchas de las tareas complicadas, son algunos ejemplos de laintervencion de los conversores y su tarea de procesamientode senales.

VIII. CONCLUSIONES

Los sistemas de conversion analogico-digital y digital-analogico, son implementaciones indispensables dentro delprocesamientos de senales, lograndose el objetivo de estableceruna relacion entre el mundo real y el digital, recordando quepor lo general las senales analogicas las provee la naturalezaen s, como el sonido que una persona emite al hablar, osimplemente la imagen llena de todos los colores que sepuedan imaginar al observar la naturaleza; y por otro lado,el lenguaje digital, que es con el cual trabajan las maquinasy que permite reproducir en ellas una aproximacion cada vezmejor de los componentes de nuestro entorno real, he ah laimportancia de estos dos tipos de conversores contrarios peroque se complementan el uno al otro, al tener caractersticas yparametros propios de cada uno de ellos, los cuales los defineny diferencian entre s.

Las caractersticas y parametros de los convertidores, seobtienen en gran parte del estudio de las graficas de trans-ferencia ideal de los mismos, de las cuales es logico pensarque mientras mas se aproxime un modelo de funcionamientoa las graficas de transferencias requeridas, mas eficiente ypreciso sera este conversor, el cual basa mayoritariamentesu eficiencia, en las caractersticas constructivas con las quefueron disenados todos sus componentes.

En todo conversor analogico-digital, el numero de bitsobtenidos a la salida, debe ser un valor lo mas cercanoposible al valor digital de la senal de entrada para deter-minar una mayor calidad; es decir, mientras mayores seanlas comparaciones, mayores seran las muestras y se tendramayor calidad a la cual en el mercado la identificamos medida

por la unidad de pixeles del producto, similar panorama seaplica en el conversor digital-analogico, mediante la mismarelacion directa que en definitiva, obliga a los conversores arelacionar sus parametros continuos y discretos de la formamas cercana posible, obligando as a que las investigacionestecnologicas cada vez persigan incrementar la calidad dedispositivos capaces de relacionar de forma dual las senalesdigitales mediante los codigos binarios y nuestra naturalezaanalogica.

IX. CONCLUSIONES

Los cientficos mantienen caractersticas o pensamientoscomunes, por tanto, cualquiera que sea el tipo de investigacionque se desarrolle, sea basica o aplicada, la forma en que seaplique el metodo cientfico coinciden para cada investigador,sin embargo, el como se las implemente tambien es propiode cada actor que desarrolla la investigacion. Es claro que esnecesario implementar de manera adecuada las caractersticasdel metodo con el objeto de obtener resultados consistentescon fenomenos o sucesos.

La interrelacion que existe entre la ciencia, ingeniera y latecnologa hace de la investigacion un elemento importantepara que la innovacion tecnologica se incremente y los prob-lemas que la sociedad demande a la tecnologa puedan serresueltos. Por supuesto es necesario tener en cuenta que todainnovacion demanda inversion economica.

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[11] Y. Wang, H. Xu, H. Johansson, Z. Sun and J. J. Wikner, Digitalestimation and compensation method for nonlinearity mismatches in time-interleaved analog-to-digital converters. Digit. Signal Process., vol. 41,pp.130 -141 2015

Vicente A. Martnez M (1993-Noviembre, 9) ciu-dad de nacimiento Loja Ecuador, estudio en elcolegio Instituto tecnologico superior Saraguro,estudiante de Ingeniera Electrica de la UniversidadPolitecnica Salesiana, Cuenca Ecuador.

Javier Oswaldo Guaman Vanegas (1991-Julio,17)Nacio en Gualaceo Provincia de Cuenca, inicio susestudios en la escuela Miguel Angel Estrella,continuo formandose en el colegio Tecnico Sale-siano, es estudiante de Ingeniera Electronica de laUniversidad Politecnica Salesiana, Cuenca-Ecuador.

Christian Israel Ortiz Vivar (1994-Mayo,20) nacioen la parroquia de Machangara perteneciente a laciudad de Cuenca provincia del Azuay, inicio susestudios en la Escuela Gabriela Mistral continuoformandose en el Colegio Tecnico San Gabriel enel cual obtuvo el titulo de Bachiller en Reparacion ymantenimiento de maquinas electricas en el ano de2012 y se encuentra actualmente instruyendo en laUniversidad Politecnica Salesiana en la especialidadde Ingeniera Electronica.

Tania Yahaira Torres Jaramillo (1993-Julio,22)nacio en la Parroquia Portovelo perteneciente a laciudad de Portovelo provincia de el Oro, iniciosus estudios en la Escuela Ro Amarillo con-tinuo formandose en el Colegio 26 de Noviembreen el cual obtuvo el titulo de Bachiller FsicoMatematico en el ano de 2011 y se encuentra ac-tualmente instruyendo en la Universidad PolitecnicaSalesiana en la especialidad de Ingeniera Electrica.

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