CONVERTIDOR ANALOGIGO DIGITAL

11
Conversión Analógica/Digital

11.1 Introducción. Misión del convertidor analógico/digital
La salida de los sensores, que permiten al equipo electrónico interaccionar con el entorno,
es normalmente una señal analógica, continua en el tiempo. En consecuencia, esta
información debe convertirse a binaria (cada dato analógico decimal codificado a una
palabra formada por unos y ceros) con elfin de adaptarla a los circuitos procesadores y de
presentación. Un convertidor analógico-digital (CAD) es un circuito electrónico integrado
cuya salida es la palabra digital resultado de convertir la señal analógica de entrada.
La conversión a digital se realiza en dos fases: cuantificación y codificación. Durante la
primera se muestrea la entrada y a cada valor analógico obtenido se asignaun valor o
estado, que depende del número de bits del CAD. El valor cuantificado se codifica en
binario en una palabra digital, cuyo número de bits depende de las líneas de salida del CAD.
Estos dos procesos determinan el diseño del circuito integrado.
En la práctica, el proceso de conversión está sujeto a numerosas limitaciones resultado
de los procesos de fabricación. Las más relevantes sonel tiempo de conversión y la finitud
del número de estados de salida. La conversión involucra un tiempo y, en consecuencia,
supone una incertidumbre que limita la velocidad máxima de la entrada. Los valores
discretos del proceso de cuantificación llevan consigo un error y una limitación de
resolución del circuito. La elección del CAD en un diseño electrónico dependerá de la
adaptación de susrasgos a los requerimientos de la aplicación.
El capítulo se estructura como sigue. En el primer apartado se exponen los principios
operativos mediante ejemplos de operación de CADs. El segundo apartado tiene por fin
exponer los tipos más comunes de CADs, el de doble rampa y el de aproximaciones
sucesivas. En el tercer apartado se analizan los parámetros o características de un circuitointegrado genérico. Finalmente, en el apartado 4 se selecciona un CAD en un diseño
electrónico.

©JJGDR-UCA

1

Instrumentación Electrónica. Juan José González de la Rosa

11.2 Principios operativos de los CADs. Ejemplos de operación y parámetros
estáticos
En un CAD de N bits hay 2N estados de salida y su resolución (porción más pequeña de
señal que produce un cambio apreciable en lasalida) se expresa como 1/2N (una parte en el
número de estados). Con frecuencia la resolución se expresa a partir del margen de entrada
del convertidor para definir el intervalo de cuantización o espacio de 1 LSB (Least
Significant Bit; bit menos significativo).
1LSB = q =

M arg en
2N

La figura 1 representa la respuesta de un convertidor A/D de 3 bits a una entrada
analógica senoidal de 1kHz de frecuencia, valor medio 5 V y valor cresta a cresta de 10 V,
coincidentes con el margen de entrada. En ella se observan los 23=8 estados de la salida,
correspondientes a los códigos binarios desde el 000 al 111. Cada intervalo de cuantización
tiene una anchura de 10 (V)/8 (estados)=1,25 V.
La figura 2 representa la respuesta del convertidor con un bit más. Se observa en ella el
aumentode la resolución, ahora con 16 estados, que permite aproximar la señal digitalizada
a la analógica original. El intervalo de cuantización es en este caso la mitad, y la resolución
es el doble.

111
110
101
100
011
010
001
000

q=1,25 V

Fig. 1. Digitalización de una señal analógica por un convertidor A/D de 3 bits. Se observan los 8
estados de cuantización de 1,25 V de anchuraylos límites de cada intervalo de cuantización en
ordenadas.

2

©JJGDR-UCA

11 Conversión Analógica/ Digital

Fig. 2. Digitalización de una señal analógica por un convertidor A/D de 4 bits (16 estados).

El CAD es un dispositivo no lineal, por lo que no tiene sentido la consideración de
función transferencia. Su relación entrada-salida viene dada por una característica
escalonada. La...