Conversor analogico digital por aproximaciones sucesivas
El siguiente proyecto es un conversor analógico digital realizado con SAR (registro de aproximaciones sucesivas). El diagrama básico es el siguiente:
Funcionamiento.
Este convertidor está basado en un registro de aproximaciones sucesivas SAR. El valor inicial del SAR está fijado en:
Donde n hace referencia al valor de bits del conversor. Entonces si el conversor es de 4 bits el valor inicial del SAR es 8 binario (1000) y si el conversor es de 8 bits el valor inicial del SAR es 128 binario (10000000). Este valor ingresa a un conversor digital analógico DAC que realiza una comparación con la señal de entrada, la salida del comparador se realimenta al SAR quien ajusta el bit más significativo y realiza una nueva comparación, luego ajusta el siguiente bit mas significativo y realiza otra comparación, y asi sucesivamente hasta que termina con el bit menos significativo. Luego de realizar el ajuste de todos los bits el SAR indica al registro de corrimiento que la conversión ya fue realizada. La cantidad de ciclos que toma realizar la conversión es constante y es igual al número de bits del conversor mas uno, es decir si el conversor es de 4 bits el tiempo de conversión es de 5 ciclos de reloj y si el conversor es de 8 bits el tiempo de conversión es de 9 ciclos de reloj. En la siguiente gráfica esta la toma de decisiones de un SAR para dos, tres y cuatro bits.
Se puede observar que el valor inicial de un SAR de 2 bits es 2 binario (10), que el valor inicial de un SAR de 3 bits es 4 binario (100) y que el valor inicial de un SAR de 4 bits es 8 binario (1000). Luego dependiendo de si el valor de la comparación es mayor o menor decide si debe aumentar o disminuir su valor y asi sucesivamente hasta terminar la conversion. A continuación se muestra dos circuitos de un conversor analógico digital por SAR de 4 bits, el primero con circuitos integrados ttl 74hc series y el segundo con circuitos integrados cmos 4000 series.
Circuito conversor AD con SAR con integrados TTL 74hc
Circuito conversor ADC con SAR con integrados cmos 4000
Tenga en cuenta
- La salida del conversor analógico digital ADC es la salida del circuito integrado 74HC174.
- VSAR es la señal que genera el conversor digital analógico a partir de la salida binaria del SAR.
- VCOMP es una señal digital que le indica al SAR si su valor es mayor o menor al de la señal de entrada Vin.
- El reloj en el montaje real es un 555 configurado como generador de pulsos. En la simulación su frecuencia es de 100Hz.
- Vi es la señal analógica de entrada que debe estar entre 0 voltios y 5 voltios. En la simulación es una señal seno de 2 voltios pico con un nivel offset de 2.5 voltios a una frecuencia de 1Hz. Se puede reemplazar por un potenciómetro conectado entre V+ (5 voltios) y tierra (0 voltios).
- Vsonda es la reconstrucción de la señal analógica de entrada a partir de la conversión analógica a digital.
- La función del filtro pasa bajos RC en el caso de VCOMP es eliminar ruido indeseado, y en el caso del 74hc4022 y de la señal CLKX es ralentizar las señales. Estos filtros están ajustados a la frecuencia del reloj que en la simulación es 100Hz. Si se cambia la frecuencia del reloj se deben reajustar los filtros.
- El fin de estos circuitos es didáctico con el fin de poder observar cómo funcionan los conversores analógicos digitales. En la práctica los conversores ADC vienen completamente integrados y en circuitos programables (microcontroladores, DSPs, FPGAs y CPLDs) son uno de los muchos módulos que estos tienen.
-Ambos circuitos dan básicamente la misma respuesta. La simulación es la siguiente:
La línea de color amarilla es la señal de entrada Vin, la línea de color rojo es la señal VSAR, la línea de color verde es la señal VCOMP y la línea de color azul es la señal Vsonda que es la reconstrucción de la señal de entrada a partir de la salida binaria del conversor.
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