1

Circuitos Sample & Hold

yConversores

2

Los circuitos de muestreo y retención seutilizan para muestrear una señal analógicaen un instante dado y mantener el valor de lamuestra durante tanto tiempo como seanecesario. Los instantes de muestreo ytiempo de retención depende de la aplicacióna la que se destine el circuito.

Introducción

2

C

SRg

Va

Vo

+

-

INTERRUPTOR CONTROLADOPOR Vc

Vc

Vo

Va

MUESTRA

t

t

INTERRUPTOR

CERRADO

INTERRUPTOR ABIERTO

RETENCIÓN RETENCIÓN

La mayoría de los circuitos de muestreo y retención utilizan un condensador para mantener la tensión de muestra

Muestreo y Retención

4

S(t)

Ss(t)

Teorema del Muestreo

S(t) : señal a muestreard : señal muestreadora Ss(t) : señal muestreada

3

Circuito práctico

R1 R2

S

C

Vo

Va

MUESTRA

Los circuitos prácticos de muestreo y retención usan operaciona-les para obtener una baja impedancia en el circuito de excitación y una alta impedancia de carga en el condensador de retención. Estos circuitos utilizan conmutadores FET en vez de BJT a causa de la linealidad y carencia de offset en sus características de transferencia en la proximidad del origen, donde tiene lugar laacción de conmutación.

Circuito con interruptor

Ecuación de diseño

)1(1

2)( 2CR

t

eR

RVatVo

6

MUESTRA

RETENCIÓN

Vo

Va

b

a

T1 C

R2R1

Vc

MUESTRA

Circuito inversor de muestreo y retención: uso del interruptor FET

4

7

1

-1

VALOR MUESTREO

Y RETENCIÓN

0

1 SEGUNDO

A

M

P

L

I

T

U

D

Muestreo y Retención del Sonido

Amplitud de las tensiones de muestreo v/s frecuencia de muestreo.

8

Frecuencia

de

muestreo

Muestras

por

segundo

Calidad

del

sonido

11 KHz 11,025 Baja

22 KHz 22,050 Media

44 KHz 44,100 Alta

1

-1

VALOR MUESTREO

Y RETENCIÓN

0

1 SEGUNDO

A

M

P

L

I

T

U

D

Tabla Nº1: Frecuencias de muestreo más usadas

5

9

16.4 µS

5.58 µS

t

t

t

SEÑAL DE AUDIO

DE 22 KHz

Señal PAM

SEÑAL DE

MUESTREO

DE 178 KHz

LA ENVOLVENTE ES

IGUAL AL ORIGINAL

Muestreo de una señal de Audio de 22 Khz por una señal de muestreo de 178 Khz. note que la forma De la envolvente de la señal PAM resultante es bastante semejante a señal original.

Muestreo a 178 KHz.

Conversor Digital a Análogo

6

11

Señales digitales y analógicas.

Señales analógicas:

Son variables eléctricas que evolucionan en el

tiempo en forma análoga a alguna variable física.

Señales digitales:

Son variables eléctricas con dos niveles bien

diferenciados que se alternan en el tiempo

transmitiendo información según un código

previamente acordado.

12

Estructura Básica.

Estructura de un conversor digital-analógico. Xref es la

referencia, dn ...d1 la entrada digital y x la respuesta

analógica.

7

13

Característica.

Relación entre la entrada digital D y la salida analógica x

de un conversor digital-analógico.

14

Métodos de Conversión.

Conmutación de Corrientes Ponderadas.

Circuito equivalente de un conversor digital-analógico

de resistencias ponderadas.

8

15

Redes escalera.

Conversor digital-analógico de red escalera.

16

Redes escalera R-2R.

Una red R-2R. La resistencia vista es siempre R.

9

17

Redes escalera R-2R.

Conversor analógico-digital R-2R en modo de corriente. La

masa virtual en la entrada inversora del amplificador

operacional garantiza que la propiedad de la red R-2R se

cumpla.

18

Redes escalera R-2R.

Conversor digital-analógico R-2R en modo de

tensión.

10

19

Conversor de 8 Bits.

DAC-0804 alambrado para voltajes de salida positiva

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

12

34

6 7 8 9 10 11

1314

15

16

MSB

5

LSB

12

5.0 k

Isal

Isalida

Iref = = 2.0 mA

2

3

4Vref = 10.0 V

TTL o CMOS

compatibles

Rf = 5.0 k

6

7

OP-77

0.1 F CC = 0.01 F 0.1 F

-15 V +15 V

Rref = 5.0 k

+15 V

V0 = Isal Rf

-15 V

Rref

Vref

DAC-0804

Terminales.

Señales de salida.

20

Especificaciones de los DAC.

Resolución.

Exactitud.

Error de exactitud.

11

21

Error de escala.

Error de escala.

22

Error de offset.

Error de offset.

12

23

Error de No linealidad.

Error de No linealidad.

Conversor Análogo Digital

13

25

Introducción• La creciente actualidad de las técnicas digitales es un

hecho incuestionable. No obstante, si se tiene en

cuenta que nosotros los humanos somos “analógicos”,

resulta evidente la necesidad de establecer, de una u

otra forma, la unión entre ambos mundos.

• Debido a esto surge el conversor análogo-digital que

tiene la capacidad de realizar esta unión entre el

mundo real con el mundo digital.

• Los conversores análogo-digitales, denominados

también ADC’s, son elementos que transforman un

nivel de tensión en una información digital en un

código determinado, con una precisión y resolución

dada.

26

El conversor análogo digital.

• El conversor Analógico / Digital es un sistema que presenta en su

salida una señal digital a partir de una señal analógica de entrada,

(normalmente de tensión) realizando las funciones de cuantificación y

codificación.

• Características básicas del ADC.

• Errores en los ADC.

Entrada Analógica

Va

Salida digital

A3(23)

A2(22)

A1(21)

A0(20)

Convertidor

A/D

Resolución

100 mV

14

27

Características básicas del ADC.

• Impedancia de entrada.

• Rango de entrada.

• Nº de bits.

• Resolución.

• Tensión de fondo de escala.

• Tiempo de conversión.

• Error de conversión.

28

Errores en los ADC.

• Error de offset.

• Error de cuantificación.

• Error de linealidad.

• Error de apertura.

15

29

Resolución.

• Es el mínimo valor que puede distinguir el convertidor en su entrada analógica, o dicho de otro modo, la mínima variación, Vi, en el voltaje de entrada que se necesita para cambiar en un bit la salida digital.

)12(

n

VfeVi

30

Tiempo de conversión.

• Es el tiempo que tarda en realizar

una medida el convertidor en

concreto, y dependerá de la

tecnología de medida empleada.

Evidentemente nos da una cota

máxima de la frecuencia de la señal a

medir.

16

31

Error de offset.

• El error de offset es la diferencia entre el punto nominal de offset

(cero) y el punto real de offset.

Diagrama ideal

010

100

011

001

000

1 2 3 4

Co

dig

o d

igita

l de

salid

a

Valor analógico de salida

Error de offset

Diagrama real

32

Error de Cuantificación

VifsCE n *)2/1(..

1 1 1 1

1 1 1 0

1 1 0 1

1 1 0 0

1 0 1 1

1 0 1 0

1 0 0 1

1 0 0 0

0 1 1 1

0 1 1 0

0 1 0 1

0 1 0 0

0 0 1 1

0 0 1 0

0 0 0 1

0 0 0 0

Voltaje de entrada analógica Vi (V)

5V 10V 15V

• n= 4 y Vifs= 15V

• E.C = 0.94 1 V.

17

33

Tipos de Conversores A/D

• Bucle Abierto:

Conversión A/D Directa.

De Rampa o Simple Pendiente.

De Doble Rampa.

• Bucle Cerrado:

Rampa en Escalera.

De Cuenta Continua.

Aprox. Sucesivas.

SALIDA

DIGITAL

CIRCUITO

DIGITALSEÑAL

ANALOGICACIRCUITO

DIGITAL

D A CSALIDA

DIGITAL

COMPARADOR

ENTRADA

ANALOGICA

34

MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LCD

18

35

MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LED

36

CONVERSORESFRECUENCIA - VOLTAJE

19

37

CONVERSORESFRECUENCIA - VOLTAJE

• LM2907