sábado, 24 de septiembre de 2011

Proceso convercion de analogica- digital y digital- analogico

            CONVERSION ANALOGICA- DIGITAL Y
                       DIGITAL- ANALOGICA
 
 Qué es ANALOGICO y que es DIGITAL?

El término ANALÓGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cómputo siginica todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello de puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior.

El témino DIGITAL de la misma manera involucra valos de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El el caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (BInary DigiTs).



 La adnquisicion de datos es el proceso de transformar una señal analogica- digital para  su posterior tratamiento o transmicion.
 El proceso inverso de extraccion de datos consiste en transformar la señal digital en analogica. Ambas operaciones conforman la denominada interficie analogica en sistemas digitales. E l sistema de adquisicion de datos se conpone de una parte que capta una señal analogica externa que se desea medir (sensores y transductores) y de un bloque de tratamiento y acondicionamiento (circuito multiplexado analogico, filtros antialising. de muestreo y mantenimiento- simple y hold y conversores analogicos- digitales- DAC o A/D. La extraccion de datos se basa en conversores digitales- analogicos CCDA o D/A y filtros reconstructores.
 http://books.google.com.mx/books?id=p7BmrPIX1scC&pg=PA597&dq=conversion+analogico-+digital&hl=es&ei=QHZ_TsGLBuGusQL_69lC&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CDcQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=false
  La conversión Analógico-Digital consta de varios procesos:

  • filtro pasa abajo
  •  Muestreo
  • Cuantización
  • Codificación
 La frecuencia de muestreo de una señal en un segundo es conocida como razón de muestreo medida en Hertz (Hz).
    1 Hz = 1/seg
 La razón de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHI DE BANDA] de un sistema. A mayores razones de muestreo, habrá más calidad o precisión. Por ejemplo en audio digital se usan las siguientes razones de muestreo:

24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo.
30,000 = 30 kHz - 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo.
44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo.
48,000 = 48 kHz - 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo.

Una señal de audio muestreada a 48 KHz tiene una mejor calidad [el doble], que una señal muestrueada a 24 KHz. Pero, una señal muestreada a 48 KHz, ocuparía el doble del ancho de banda que la de 24 KHz. Por lo que si queremos mayor calidad, lo perdemos en ancho de banda. Cuando bajan archivos en Internet MP3 por ejemplo, éstos tienen diferentes calidades, un archivo MP3 de mejor calidad, ocupará mayor espacio en disco...

La calidad de un disco compacto [CD] equivale un muestreo de 44.1 KHz a 16 bits, éste es el éstándar. Si decimos que los archivos MP3 tienen calidad de CD, es que están muestreados a 44.1 KHz a 16 bits.
 Una última pregunta!

¿Qué razón de muestreo es la suficiente para que al ser digitalizada una señal analógica y al realizar el proceso contrario, digital-analógico, la señal sea idéntica [o casi idéntica] a la original?

La respuesta es el Teorema de Nyquist....
 Es el proceso de convertir valores continuos [e.g voltajes] en series de valores discretos.
 Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, etc] tienen dos características bien importantes, el muestreo (tiempo) y la cuantización (nivel).
 Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una señal, la cuatización es el componente amplitud de el muestreo. En otras palabras, mientras que el muestreo mide el tiempo (por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantización es la técnica donde un evento analógico es medido dado un valor númerico.
Para hacer esto, la amplitud de la señal de audio es representada en una serie de pasos discretos. Cada paso está dado entonces por un número en código binario que digitalmente códifica el nivel de la señal. La longitud de la palabra determina la calidad de la representación. Una vez más, una palabra más larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con una de 16 bits o 32 bits) (ver figura).
El bit de resolución de un sistema define el rango dinámico de el sistema. 6 dB es ganado por cada bit.

Por ejemplo:
8 bits equivale a 256 estados = 48 dB (decibeles)
16 bits equivalen a 65,536 estados = 96 dB.
 Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles (bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantización.
 La codificación es la representación númerica de la cuantización utilizando códigos ya establecidos y estándares. el código más utilizado es el código binario, pero también existen otros tipos de códigos que son empleados.
A continuación se presenta una tabla donde se representan los números del 0 al 7 con su respectivo código binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de cuantización.

En general
2(n)= Niveles o estados de cuantización
 donde n es el número de bits.

                                           n° Código binario
                                               0 000
                                               1 001
                                               2 010
                                               3 011
                                               4 100
                                               5 101
                                               6 110
                                                7 111


http://www.eveliux.com/mx/conversion-analogico-digital-adc.php

conversion digital- analogico
Con esta seccion comienza el estudio de la conversion digital- analogica (D/A) y analogica a digital (A/D). Primero se examina la convercion D/A dados q muchos metodos de conversion A/D utilizan el metodo de D/A.
 Basicamente la conveersion D/A ex el proceso de tomar un valor representado es el codigo digital (como binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. La figura 10-2(a) muestra el diagrama a bloques de un convertidor D/A comun de 4 bits, examinaremos las diversas relaciones de entrada y salida.

D   C   B  A Vsal
0   0    0   0    0
0   0    0   1    1 
0   0    1   0    2
0   1   0    0    4
0   1   0    1    5
0   1   1    0    6
0   1   1    1    7
-------------------------------------------
1  0   0     o    8
1  0   0     1    9
1  0   1     0   10
1  0   1     1   11
1  1   0     0   12                                   
1  1   0     1   13
1  0   1     0   14
1  0   0     1   15 
figura(10-2)(b)


la entrada digital D,C,B y A se denomina generalmente de registro de salida de un sistema digital 2(4)-16 diferentes numeros binarios representados por estos 4 bits se muestran en la figura 12-2(b). para cada numero de entrada de voltaje de salida del convertidor D/A es un valor distinto. de hecho el voltaje de salida analogico de v sal es igual en volts al numero binario. tambien podra tener dos veces el numero binario o algun otro factor de proporcional. la misma idea seria aplicable si la salida del D/A fuese la corriente I sal
en general


                     salida analogica=k x entrada digital
                                                                                                               (10-1)

donde k es el factor de proporcionalidad y tiene un valor constante para un DAC dado. claroq la salida analogica puede ser un voltaje o una corriente cuando es un voltaje k tiene unidades de voltaje y cuando es una corriente k tiene unidades de corriente. para el DIAC de la figura 10--2, k-1 V asi que


                                       V sal =(1V) x entrada digital

se puede utilizar la expresion anterior para cualquier V sal para cualquier valor digital de entrada. por ejemplo, con una entrada digital de 1100(2)=12(10) obtenemos


                                             Vsal =1V x 12-12v
Convertidor en escalera ponderado R/2R (Weighted Resitor Ladder)
Los convertidores digital-analógico (DAC) de escalera o red R-2R hacen uso de la red R-2R para generar una señal analógica a partir de los datos digitales que se presenten en sus entradas. A diferencia del DAC de pesos ponderados, el de red R-2R solo necesita dos valores de resistencias. Lo que lo hace mucho más sencillo.
Al igual que el modelo de resistencias ponderadas, consta de una red de conmutadores, una referencia estable de tensión y la red o escalera R-2R de precisión. La salida se conecta a un circuito aislador que permite conectarlo sin carga a la siguiente etapa. El análisis de la escalera se realiza evaluando los equivalentes de Thêvenin desde los puntos señalados. Desde cualquiera de estos puntos la resistencia equivalente resulta ser R. En efecto, por ejemplo, desde P0 es trivial ver que el equivalente paralelo es 2R//2R=R. Desde P1 hay que hacer algo más pero también es fácil ver que vale R. Lo vemos en la figura.
En los DAC multiplicados, la escalera R-2R usa el voltaje de referencia como una entrada. Este puede variar sobre el rango máximo de voltaje del amplificador y es multiplicado por el código digital.

 http://books.google.com.mx/books?id=bmLuH0CsIh0C&pg=PA7&dq=proceso+digital-+analogico&hl=es&ei=rnR_TuyVHcnCsQLA1JlF&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&ved=0CDMQ6AEwAQ#v=onepage&q&f=fase