Conversión Análoga/Digital

Universidad de Santiago de Chile
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Telecomunicaciones II

















Experiencia Nº 1
Conversión Análoga/Digital













INTRODUCCIÓN

A continuación veremos cómo es posible realizar la conversión de una señal analógica a una digital, esta conversión es más compleja de lo que parece,ya que está compuesta por una serie de pasos los cuales se verán en detalle en el desarrollo de la experiencia. Es importante saber que la señal rescatada después de la conversión no siempre será de la misma fidelidad que la señal analógica, en esta conversión parte importante de la señal se pierde, lo que no quiere decir que la señal digital saliente sea inútil, muy por el contrario esto esnecesario para el día a día de la vida, podemos verlo como en la telefonía diaria se realiza esta tarea y nosotros prácticamente no percibimos que solo estamos recibiendo una parte de la señal que emitió la persona que nos habló al otro lado de la línea (Voz sobre IP y Telefonía IP).



DESARROLLO TEÓRICO

El estudio de un sistema de telecomunicaciones exige un conocimiento de cada uno de losbloques constituyentes. Uno de los modelos que permite tener un conocimiento general del sistema lo constituye el modelo de Shannon, el cual puede reducirse:


Figura 1: Modelo de las Telecomunicaciones insinuado por Shannon.


En tal modelo, son de gran importancia lo estudiado en la signatura de Señales y Sistemas en que una disgregación nos enseña a obtener un conocimiento general delsistema. En tal Asignatura, se estudio una separación entre señales análogas y representaciones numéricas (secuencias).

Una de las grandes ventajas de utilizar señales digitales es su gran facilidad para integrar los bloques a un costo razonable. Desgraciadamente, el mundo de los seres humanos trata con señales análogas, por lo que una primera fase de un sistema debe ser convertir tales señales a unarepresentación numérica/digital. Tal bloque recibe en la Fig. 1 el nombre de formateador y existen diferentes implementaciones dependiendo de la señal numérica que se desea.

BLOQUE FORMATEADOR: Una forma de formateador simple es el conversor análogo/digital (D/A), el cual recibe una señal limitada en amplitud y entrega una representación binaria de la misma. Tal representación puede ser deltipo serial o en bus, en que secuencialmente aparece su representación binaria.
Una primera fase para obtener la señal digital es la de muestreo y retención (S/H). En ella, se trata de mantener el valor de la señal de entrada un tiempo lo suficientemente largo para realizar el proceso de conversión. Un circuito básico de S/H se muestra en la figura 2. Existen dos tipos de S/H, el natural y elplano-superior.



Figura 2: Proceso de muestreo/retención (S/H).

Nótese que si se trabaja con N bits seriales en la salida y si se muestrea a muestras/seg, entonces la tasa del tren binario a la salida del A/D es:

Una de las grandes restricciones que se impone al proceso se muestreo es que debe cumplir ciertas restricciones.

TEOREMA DEL MUESTREO: Una restricción sobre la frecuencia demuestreo es que debe cumplir con el teorema del muestreo, el cual nos dice:




Donde, es la máxima frecuencia que posee la señal de entrada. Para evitar el problema que la señal de entrada supere en registro espectral la cantidad , debe colocarse un filtro pasabajos (LPF) denominado anti-aliasing, el cual evita el problema de aliasing en el proceso total. Para visualizar este problema, enla figura 3 vemos dos señales de frecuencia de 1 Hz y 3 Hz muestreados con 4 muestras/seg, se observa que ambas poseen los mismos valores de muestreo; por lo que, no es posible recuperar la señal de 3 Hz (ella aparecerá como la de 1 Hz).





Figura 3: El problema de aliasing (espectro original y el muestreado).





CUANTIFICACIÓN: La salida del S/H es una señal PAM la cual debe ser...