Conversión de analógico a digital – Part 1

Señal digital: una señal digital es una señal que representa datos como una secuencia de valores discretos; en un momento dado, solo puede tomar uno de un número finito de valores.

Señal analógica: Una señal analógica es cualquier señal continua para la cual la característica variable en el tiempo de la señal es una representación de alguna otra cantidad variable en el tiempo, es decir, análoga a otra señal variable en el tiempo.

Las siguientes técnicas se pueden utilizar para la conversión de analógico a digital:

una. MODULACIÓN DE CÓDIGO DE IMPULSO:

La técnica más común para cambiar una señal analógica a datos digitales se llama modulación de código de pulso (PCM). Un codificador PCM tiene los siguientes tres procesos:

1. Muestreo
2. cuantización
3. Codificación

Filtro de paso bajo:
el filtro de paso bajo elimina los componentes de alta frecuencia presentes en la señal analógica de entrada para garantizar que la señal de entrada al muestreador esté libre de componentes de frecuencia no deseados. Esto se hace para evitar el alias de la señal del mensaje.

1. Muestreo: el primer paso en PCM es el muestreo. El muestreo es un proceso de medición de la amplitud de una señal de tiempo continuo en instantes discretos, convirtiendo la señal continua en una señal discreta. Hay tres métodos de muestreo:

   (i) Muestreo ideal: en el muestreo ideal, también conocido como muestreo instantáneo, se muestrean pulsos de la señal analógica. Este es un método de muestreo ideal y no se puede implementar fácilmente.

   (ii) Muestreo natural: el muestreo natural es un método práctico de muestreo en el que los pulsos tienen un ancho finito igual a T. El resultado es una secuencia de muestras que conservan la forma de la señal analógica.

   

   (iii) Muestreo de parte superior plana: en comparación con el muestreo natural, el muestreo de parte superior plana se puede obtener fácilmente. En esta técnica de muestreo, la parte superior de las muestras permanece constante mediante el uso de un circuito. Este es el método de muestreo más común utilizado.

   

   
   Teorema de Nyquist:
   Una consideración importante es la tasa o frecuencia de muestreo. De acuerdo con el teorema de Nyquist, la tasa de muestreo debe ser al menos 2 veces la frecuencia más alta contenida en la señal. También se conoce como frecuencia mínima de muestreo y está dada por:
   Fs =2*fh

2. Cuantificación:
   el resultado del muestreo es una serie de pulsos con valores de amplitud entre las amplitudes máxima y mínima de la señal. El conjunto de amplitudes puede ser infinito con valores no integrales entre dos límites.

   Los siguientes son los pasos en la Cuantización:

   1. Suponemos que la señal tiene amplitudes entre Vmax y Vmin
   2. Lo dividimos en L zonas cada una de altura d donde,
      d= (Vmax- Vmin)/ L

      

   3. El valor en la parte superior de cada muestra en el gráfico muestra la amplitud real.
   4. El valor de modulación de amplitud de pulso normalizado (PAM) se calcula utilizando la fórmula amplitud/d.
   5. Después de esto, calculamos el valor cuantificado que el proceso selecciona del medio de cada zona.
   6. El error cuantificado viene dado por la diferencia entre el valor cuantificado y el valor PAM normalizado.
   7. El código de cuantificación para cada muestra en función de los niveles de cuantificación a la izquierda del gráfico.
3. Codificación:
   la digitalización de la señal analógica la realiza el codificador. Después de cuantificar cada muestra y decidir el número de bits por muestra, cada muestra se puede cambiar a un código de n bits. La codificación también minimiza el ancho de banda utilizado.

b. MODULACIÓN DELTA:

Dado que PCM es una técnica muy compleja, se han desarrollado otras técnicas para reducir la complejidad de PCM. La más simple es la modulación delta. Delta Modulation encuentra el cambio del valor anterior.

Modulador: el modulador se utiliza en el sitio del remitente para crear un flujo de bits a partir de una señal analógica. El proceso registra un pequeño cambio positivo llamado delta. Si el delta es positivo, el proceso registra un 1; de lo contrario, el proceso registra un 0. El modulador genera una segunda señal que se parece a una escalera. A continuación, la señal de entrada se compara con esta señal de escalera hecha gradualmente.

Tenemos las siguientes reglas para la salida:

1. Si la señal analógica de entrada es más alta que el último valor de la señal de escalera, aumente el delta en 1 y el bit en los datos digitales es 1.
2. Si la señal analógica de entrada es más baja que el último valor de la señal de escalera, disminuya el delta en 1 y el bit en los datos digitales es 0.

C. MODULACIÓN DELTA ADAPTATIVA:

El rendimiento de un modulador delta se puede mejorar significativamente haciendo que el tamaño de paso del modulador asuma una forma variable en el tiempo. Se necesita un tamaño de paso más grande cuando el mensaje tiene una pendiente pronunciada de modulación de la señal y se necesita un tamaño de paso más pequeño cuando el mensaje tiene una pendiente pequeña. El tamaño se adapta según el nivel de la señal de entrada. Este método se conoce como modulación delta adaptativa (ADM).