Convertidor Analógico Digital. CAD – ADC

Convertidor Analógico Digital. CAD – ADC

En el mundo actual la información se transmite de manera digital, sin embargo mucha de esta información es originalmente analógica. La necesidad de convertir una señal analógica en digital se logra por medio de un Convertidor Analógico Digital – CAD o un ADC del inglés Analog to Digital Converter.

En el mundo real, las señales analógicas (comunes por todos lados) varían constantemente. Estas señales pueden variar lentamente como la temperatura o muy rápidamente como una señal de audio.

Lo que sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y después recuperar con exactitud. Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin problema y se puede guardar con gran facilidad.

La información manipulada puede después volver a tomar su valor analógico original, con un DAC (convertidor Digital a Analógico).

Exactitud y Resolución de un Convertidor ADC

Hay que definir con que exactitud será la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se define la resolución que esta tendrá. Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital).

Este dato permite determinar el número máximo de combinaciones en la salida digital. Este número máximo está dado por: 2n donde n es el número de bits.

ADC - Convertidor Analógico Digital - CAD

ADC – Convertidor Analógico Digital – CAD

También la resolución se entiende como el voltaje necesario (señal analógica) para lograr que en la salida (señal digital) haya un cambio del bit menos significativo.(LSB). LSB significa: Least Significant Bit.

Para hallar la resolución se utiliza la fórmula: Resolución = ViFS / [2n – 1] , donde:

  • n = es el número de bits que tiene el Convertidor Analógico Digital
  • ViFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor ADC, para obtener una conversión máxima (todas las salidas serán iguales a “1”)

Ejemplo # 1 de ADC convertidor Analógico Digital

Si se tiene un convertidor analógico – digital (CAD) de 4 bits y el rango de voltaje de entrada es de 0 a 15 voltios. Con n = 4 y ViFS = 15 Voltios.

CAD / ADC - Convertidor Analógico-Digital

CAD / ADC – Convertidor Analógico-Digital (4 bits)

La resolución será = ViFS / [2n -1] = 15 / [24 -1] = 15/15 = 1 voltio / variación en el bit menos significativo. Esto significa que un cambio de 1 voltio en la entrada, causará un cambio del bit menos significativo (LSB) a la salida. En este caso este bit es D0. Ver la siguiente tabla.

Datos de entrada analógica y salida digital de un CAD / ADC de 4 bits

Datos entrada analógica y salida digital de CAD / ADC de 4 bits

De esta manera se construye una tabla de muestra la conversión para este ADC.

Ejemplo # 2 de ADC convertidor Analógico Digital

Un ADC de 8 genera solo “1” (las 8 salidas en 1), cuando en la entrada hay un voltaje de 2.55 voltios (entrada analógica máxima). La resolución es = ViFS / [2n -1] = 2.55 / [28 – 1] = 10 milivoltios / variación en el bit menos significativo.

Se puede ver que mientras más bits tenga el convertidor más exacta será la conversión. Si se tiene una señal de valor máximo de 15 voltios y aplicamos esta señal analógica a la entrada de diferentes convertidores analógico digital, se puede tener una idea de la variación de la resolución con el aumento del número de bits del convertidor.

Ejemplos de resolución de diferentes tipos de ADC - Convertidores analógico digital

Resolución de diferentes tipos de ADC – Convertidores analógico digital

Esto significa que a mayor número de bits del ADC, un cambio más pequeño en la magnitud analógica causará un cambio en el bit menos significativo (LSB) de la salida, aumentando así la resolución.

Ventajas de convertir una señal analógica a digital

  • Se guarda, transmite, manipula y se almacena la información (música, audio, imágenes, video, etc) de manera segura y eficiente con programas fácilmente disponibles.
  • Mucho mejor tolerancia a los ruidos.
  • Detección y corrección de errores.

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