¿Qué es una Tarjeta de Conversión AD?
Una tarjeta de conversión AD es un dispositivo que tiene la función de convertir señales analógicas en señales digitales.
Dado que todos los fenómenos del mundo natural se adquieren como señales analógicas, es necesario convertirlas en digitales mediante una placa de conversión AD cuando se realizan cálculos numéricos, procesamiento y control de señales digitales, etc. Las placas de conversión AD han salido al mercado con una gran variedad de interfaces en función de la aplicación incorporada.
Existen productos con interfaces como PCI-Express para PC integrados, FMC para conexión como tarjeta hija a otras placas y USB.
Usos de las Tarjetas de Conversión AD
Las tarjetas de conversión AD se utilizan principalmente para convertir señales analógicas adquiridas por diversos sensores en señales digitales que luego son procesadas por microcontroladores y otros dispositivos.
1. Medición y Supervisión
Las tarjetas de conversión AD se utilizan para convertir magnitudes físicas como la temperatura, la presión, la luz y el sonido en señales digitales. Esto permite adquirir, medir y monitorizar señales procedentes de sensores. Algunos ejemplos son el control de calidad de productos en fábricas y la vigilancia del medio ambiente.
2. Adquisición y Procesamiento de datos
Las tarjetas de conversión AD se utilizan para adquirir y procesar datos mediante la conversión de señales analógicas en señales digitales. Algunos ejemplos son la adquisición de señales de ECG en equipos médicos y el procesamiento de sonido.
3. Procesamiento de Señales
Las tarjetas de conversión AD se utilizan para procesar señales digitales. Algunos ejemplos son el filtrado de voz y el análisis de formas de onda.
Principio de las Tarjetas de Conversión AD
El principio básico de una tarjeta de conversión AD implica los siguientes pasos: muestreo, cuantificación y codificación.
1. Muestreo
La señal analógica, que es continua, se muestrea en periodos discretos. El periodo de muestreo se expresa mediante la frecuencia de muestreo (Fs), y su cálculo se basa en la fórmula Ts = 1/Fs, donde Ts es el periodo de muestreo.
2. Cuantificación
Los valores de amplitud obtenidos mediante el muestreo se aproximan a valores discretos para poder convertirlos en señales digitales. El error producido por este proceso se conoce como error de cuantificación y se calcula como la diferencia entre el valor muestreado y el valor cuantificado.
La cuantificación se consigue comparando la tensión de entrada con una tensión de referencia. Según el método de comparación, algunos métodos permiten una conversión de alta precisión y un muestreo de alta velocidad.
3. Codificación
Los valores discretos de amplitud aproximados por cuantificación se convierten en un código binario de 0s y 1s, lo que permite representar la señal de forma digital.
Tipos de Tarjetas de Conversión AD
Las tarjetas de conversión AD se pueden clasificar según el método de conversión AD utilizado. Los tres métodos principales son los siguientes:
1. Comparación Sucesiva
Este método de conversión AD compara la señal analógica con una tensión de referencia y determina los bits de la señal digital uno a uno. Tiene una resolución máxima de 18 bits y una frecuencia de muestreo máxima de aproximadamente 10 MHz. Se requiere un filtro antialiasing externo para su correcto funcionamiento.
2. Delta-sigma
Los métodos de conversión AD delta-sigma utilizan la tecnología de modulación delta-sigma para convertir las señales analógicas en señales digitales. Este método proporciona la resolución más alta, con una resolución máxima de unos 32 bits, pero la frecuencia de muestreo máxima es baja, alrededor de 1 MHz.
3. Canalización
Los métodos de conversión AD por canalización dividen la señal analógica en varias etapas en una estructura de canalización y las procesan en paralelo para conseguir una conversión de alta velocidad. Cada etapa convierte la señal analógica en digital y la pasa a la siguiente etapa. La frecuencia de muestreo máxima es de 1 GHz y la resolución máxima ronda los 16 bits. Sin embargo, este método puede tener un mayor costo debido a la complejidad de los circuitos involucrados.
Elementos para Elegir una Tarjeta de Conversión AD
1. Resolución
Es importante seleccionar una tarjeta de conversión AD con la resolución adecuada para cumplir con los requisitos de precisión necesarios en la aplicación. Esto dependerá del uso específico, como el control de realimentación, donde se requiere una alta precisión.
2. Periodo de Muestreo
Determine el periodo de muestreo en función de la gama de frecuencias de la señal objetivo. Teóricamente, se requiere un periodo de muestreo de dos veces el rango de frecuencia, pero en la práctica se dice que es 10 veces.
3. Número de Canales de Entrada
Existe una amplia gama de tarjetas de conversión AD, desde las que tienen un canal hasta las que tienen varios cientos de canales. Dependiendo del número de señales a medir, se debe seleccionar el número de canales de entrada necesarios.
4. Interfaces de Entrada/Salida
Las tarjetas de conversión AD suelen tener interfaces como USB, FMC o PCI Express. Debe seleccionarse la interfaz adecuada en función de la interfaz utilizada.
5. Software
Las tarjetas de conversión AD se suministran a veces con software de medición. Este software proporciona funciones como la adquisición, el procesamiento, la visualización y el almacenamiento de datos. Dependiendo de la finalidad de uso, es necesario comprobar si el software dispone de las funciones necesarias.
6. Coste
El costo de la tarjeta de conversión AD dependerá de factores como la precisión requerida, la frecuencia de muestreo y el número de canales de entrada.