Convertidor de analógico a digital (ADC) de tipo contador

Los convertidores de analógico a digital (ADC) se utilizan normalmente en todos los sistemas modernos. El trabajo principal del ADC es convertir la señal analógica en una señal binaria digital. ¿Por qué señal digital? La razón es que los datos digitales son fáciles de procesar, almacenar y transmitir. Con los avances en la tecnología CMOS, ha sido posible fabricar miles de circuitos lógicos y puertas en un chip de 1 mm x 1 mm. Los datos binarios digitales, representados por niveles de bajo y alto voltaje a nivel de hardware, se pueden utilizar para todo tipo de operaciones aritméticas, utilizando circuitos combinatorios, y almacenamiento, utilizando circuitos secuenciales. La transmisión de datos digitales reduce las posibilidades de errores de comunicación. Esto requiere la necesidad de varios tipos de ADC, cada uno con algunas ventajas y cada uno adecuado para una aplicación en particular.

Hay muchos ADC: tipo pendiente, tipo contador, tipo seguimiento y flash ADC . Aquí vamos a discutir el ADC de contratipo.

ADC tipo contador

El convertidor de analógico a digital (ADC) de tipo contador también se conoce como ADC de rampa digital. Esto se debe a que la salida del contador se envía a un convertidor de digital a analógico (DAC), y mientras el contador incrementa su conteo, la salida del DAC aumenta en forma de rampa o escalera. 

El ADC de tipo contador utiliza un contador para la conversión de analógico a digital. 

Operación ADC tipo contador

Durante el inicio de la conversión, la salida de DAC es cero. Entonces, cualquiera que sea el voltaje de entrada Vin que se aplique _en la terminal positiva del comparador, la salida del comparador es alta. Como es alto, la puerta AND está habilitada y deja pasar el pulso del reloj. El contador entonces comienza a contar los pulsos del reloj. La salida del contador se envía al DAC, que calcula el equivalente decimal de su entrada binaria. Ahora, la salida del DAC V _DAC aumenta en forma de escalera y se compara continuamente con la entrada V _en . Mientras V _in > V _DAC , el contador sigue contando . 

En el momento V _en < V _DAC , la salida del comparador es baja y la puerta AND está deshabilitada, por lo tanto, bloquea los pulsos del reloj. Además, el bloque de control nota esta transición y pone una señal baja en el pin claro del contador, reiniciándolo así. Simultáneamente, se enclava la última salida del contador y esta es la salida binaria digital del voltaje de entrada dado. 

Entonces, el principio básico de operación del ADC tipo contador es seguir contando el número de pulsos de reloj hasta que la entrada sea mayor que la salida DAC y el momento en que la salida DAC sea mayor que la entrada, el contador se reinicia y el último conteo se enclava y se da como salida. 

Tiempo de conversión ADC tipo contador

El tiempo de conversión para cualquier ADC se define como el tiempo que tarda en convertir una entrada analógica determinada en una salida binaria digital. Es análogo al retardo de propagación que estudiamos en las puertas lógicas digitales. 

Si el contador tiene que contar desde el estado cero (es decir, todos 0) y cuenta hasta N, entonces el tiempo de conversión es (N-1)T _c , donde T _c es el período de tiempo del pulso de reloj. El tiempo máximo de conversión ocurre cuando el voltaje de entrada es igual al rango de salida de escala completa del DAC. El DAC da una salida de escala completa cuando todos los bits son uno. Para alcanzar todos los unos desde todos los ceros, el contador toma 2 ⁿ -1 pulsos de reloj, donde n es el número de bits. Por lo tanto, tiempo máximo de conversión = (2 ⁿ -1)T _c . 

Ventajas

El ADC tipo contador es simple y fácil de usar. Es muy preciso y la precisión se puede aumentar aumentando el número de bits. Si bien hay muchos ADC complicados en el mercado, el ADC de contratipo tiene un equilibrio justo de salida precisa y costos de hardware económicos.

Desventajas

El principal inconveniente de este ADC es que cada vez que se inicia una nueva conversión, el contador se reinicia y tiene que empezar a contar desde cero. Por lo tanto, el tiempo de conversión es significativo. No puede admitir entradas de alta frecuencia, ya que no podrá convertir la señal analógica en binaria digital en tiempo real. El peor caso ocurre cuando el voltaje de entrada es igual al rango de salida de escala completa del DAC.