Introducción

El mundo de la electrónica es un campo vasto y complejo que tiene implicaciones en prácticamente todos los aspectos de nuestras vidas. Una de las herramientas más importantes en este campo es el convertidor analógico-digital (ADC, por sus siglas en inglés). En este artículo, exploraremos en profundidad cómo funciona un ADC y cómo se utiliza en el diseño de sistemas electrónicos.

¿Qué es un convertidor analógico-digital?

Un ADC es un dispositivo que convierte una señal analógica continua en una señal digital discreta. La señal analógica puede ser cualquier cosa, desde una temperatura hasta una señal de audio, y la señal digital es simplemente una serie de 1 y 0 que se pueden leer y procesar por una computadora. Un ADC es una herramienta esencial en cualquier diseño electrónico que involucre la medición o monitoreo de señales analógicas.

Tipos de convertidores analógico-digital

Hay varios tipos de ADC, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Los más comunes son:

• ADC de aproximaciones sucesivas
• ADC de rampa simple
• ADC de rampa doble
• ADC de seguimiento
• ADC de flash

Cómo funciona un ADC de aproximaciones sucesivas

El ADC de aproximaciones sucesivas es uno de los tipos más comunes de ADC. Funciona midiendo la señal analógica de entrada y luego comparándola con una señal de referencia incremental. La comparación se hace iterativamente en pequeños pasos de aproximación, y cada iteración se conoce como una aproximación sucesiva. El proceso comienza midiendo la señal analógica de entrada y comparándola con la mitad del rango total de voltajes de entrada. Si la señal es mayor que la mitad del rango, se coloca un 1 en el bit más alto de la señal digital. Si es menor, se coloca un 0. Luego, se divide el rango restante por dos y se realiza otra comparación. Este proceso se repite hasta que se ha alcanzado la precisión deseada. Una vez que se ha hecho esto, se envían los bits de la señal digital a través de una interfaz de datos para su posterior procesamiento.

Cómo funciona un ADC de rampa simple

Un ADC de rampa simple convierte una señal analógica en una señal digital midiendo el tiempo que tarda una señal de rampa en completar el ciclo de voltaje de entrada. El proceso comienza con un voltaje de entrada fijo y una señal de rampa que comienza en cero. La señal de rampa aumenta a una tasa constante hasta que alcanza el voltaje de entrada, momento en el cual la señal de rampa se detiene. El tiempo que tarda la señal de rampa en alcanzar el voltaje de entrada se mide y se convierte en una serie de bits digitales. Este proceso se repite iterativamente para una serie de voltajes de entrada diferentes. La precisión del ADC depende de la tasa de cambio de la señal de rampa y la cantidad de tiempo que se toma para cada medición.

Cómo funciona un ADC de rampa doble

Un ADC de rampa doble también convierte una señal analógica en una señal digital midiendo el tiempo que tarda una señal de rampa en completar el ciclo de voltaje de entrada. Sin embargo, en lugar de utilizar una única señal de rampa, utiliza dos señales de rampa, una que sube y otra que baja. El proceso comienza con ambas señales de rampa en su nivel más bajo y el voltaje de entrada aplicado. La señal de rampa ascendente comienza a subir mientras que la señal de rampa descendente comienza a bajar. Cuando la señal de rampa ascendente alcanza el voltaje de entrada, se detiene y se mide el tiempo que se tardó. Luego se reinicia la señal de rampa ascendente y la señal de rampa descendente comienza a subir. Cuando la señal de rampa descendente alcanza el voltaje de entrada, se detiene y se mide el tiempo que se tardó. La suma de los dos tiempos medidos es la medición final.

Cómo funciona un ADC de seguimiento

Un ADC de seguimiento funciona midiendo la señal analógica de entrada y luego siguiendo el movimiento de la señal analógica a medida que cambia a lo largo del tiempo. El proceso comienza midiendo la señal analógica de entrada y luego aplicando un voltaje inverso que sigue el movimiento de la señal analógica. El voltaje inverso se genera utilizando un oscilador que tiene una frecuencia mucho más alta que la señal analógica de entrada. La señal de salida del oscilador se modula de tal manera que va detrás de la señal de entrada, lo que permite que el voltaje entre los dos se mantenga constante. El voltaje inverso se mide y se convierte en una señal digital.

Cómo funciona un ADC de flash

Un ADC de flash es el tipo más rápido de ADC disponible. Consiste en un conjunto de comparadores de voltaje que comparan la señal analógica de entrada con un conjunto de valores de referencia predefinidos. Cada comparador de voltaje está conectado a un bit de la señal digital de salida. Si la señal analógica de entrada es mayor que la referencia correspondiente, se establece el bit correspondiente en 1. De lo contrario, se establece en 0. El conjunto completo de bits de salida representa la medición digital final.

Conclusión

Un ADC es una herramienta esencial en cualquier diseño electrónico que involucre la medición o monitoreo de señales analógicas. Hay varios tipos diferentes de ADC, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. La elección del tipo de ADC a usar depende de la aplicación específica y de las características que se requieren. En última instancia, el objetivo de cualquier ADC es convertir la señal analógica de entrada en una señal digital precisa que se pueda procesar y utilizar en una computadora u otro dispositivo electrónico.