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Convertidor Digital Analógico (DAC)

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Dado que en este número viene a nuestras páginas un Laboratorio de un DAC, vamos a explicar a nuestros lectores qué es y cómo funciona un convertidor de esta naturaleza.

Texto: Redacción

Es un dispositivo para convertir un código digital (generalmente binario, compuesto de ceros y unos) a una señal analógica (corriente, voltaje o carga eléctrica). Hay distintos componentes que pueden intervenir en este proceso, como interruptores simples, red de resistores, fuentes actuales o condensadores. Un convertidor de analógico a digital (ADC) realiza la operación inversa.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Los principales parámetros que definen un convertidor digital analógico son, en primer lugar, su resolución, que depende del número de bits de entrada del convertidor. Otra característica básica es la posibilidad de conversión unipolar o bipolar. Una tercera la constituye el código utilizado en la información de entrada -generalmente, los convertidores digitales analógicos operan con el código binario natural o con el decimal codificado en binario (BCD)-. El tiempo de conversión es otra particularidad que define al convertidor necesario para una aplicación determinada. Es el tiempo que necesita para efectuar el máximo cambio de su tensión con un error mínimo en su resolución. Otros aspectos que posee el convertidor son: su tensión de referencia, que puede ser interna o externa (si es externa puede ser variada entre ciertos márgenes); la tensión de salida vendrá afectada por este factor, constituyéndose éste a través de un convertidor multiplicador; así mismo, deberá tenerse en cuenta la tensión de alimentación, el margen de temperatura y su tecnología interna.

UTILIDADES

La mayoría de las señales de audio modernas se almacenan de forma digital (por ejemplo, MP3s y CDs) y para poder ser escuchadas a través de altavoces deben ser convertidas en analógicas. Lectores de CD, reproductores digitales de la música, y tarjetas de sonido de los PC montan por ello un dispositivo de este tipo de forma interna.

El uso de un DAC independiente (en este número de CEC analizamos uno de ellos), también se puede encontrar como un chasis separado en sistemas de alta fidelidad. Estos DAC separados toman la salida digital de un lector de CD (o del transporte dedicado) y convierten la señal para enviársela al amplificador. Algunos de ellos pueden conectarse a ordenadores personales usando un interfaz del USB. De hecho, el análisis de Josep Armengol sobre el DAC Moon 300D nos explica cómo hacerlo.

ESPECIFICACIONES DE UN DAC

Existe una amplia variedad de DAC como circuitos integrados o bien como paquetes encapsulados. Hay que conocer las especificaciones más importantes de los fabricantes a fin de evaluar un DAC en una determinada aplicación.

- Resolución: La resolución porcentual de un DAC depende única y exclusivamente del número de bits. Por esta razón, en las fichas técnicas se detalla de esta manera. Un DAC de 10 bits tiene una resolución más sensible (mayor exactitud) que uno de 8 bits. Este dato es extrapolable a las especificaciones de lectores de CD o equipos integrados.

- Precisión: Los fabricantes de DAC tienen varias maneras de establecer la precisión o exactitud. A las dos más comunes se las llama Error de Escala Completa y Error de Linealidad (o en ocasiones, directamente linealidad), que normalmente se expresan como un porcentaje de la salida de escala completa del convertidor (%FS).

El error de escala completa es la máxima desviación de la salida del DAC de su valor estimado (teórico).

El error de linealidad es la desviación máxima en el tamaño de etapa del teórico. Algunos de los DAC menos económicos tienen errores de escala completa y de linealidad en el intervalo 0.01% - 0.1%.

- Tiempo de respuesta: La velocidad de operación de un DAC se explica como tiempo de respuesta, que es el periodo que se requiere para que la salida pase de cero a escala completa cuando la entrada binaria cambia de todos los ceros a todos los unos. Los valores comunes del tiempo de respuesta variarán de 50 ns a 10 ms. En general, los DAC con salida de corriente tendrán tiempos de respuesta más breves que aquéllos con una de voltaje. Por ejemplo, un DAC puede operar como salida de corriente o bien de voltaje. Su tiempo de respuesta a su salida es menor cuando se utiliza salida de corriente que cuando se emplea la de voltaje.

- Voltaje de balance: En teoría, la salida de un DAC será cero voltios cuando en la entrada binaria son todo ceros. En la práctica, habrá un voltaje de salida pequeño producido por el error de balance del amplificador del DAC. Este desplazamiento es comúnmente 0.05% FS. Casi todos los DAC con voltaje tendrán una capacidad de ajuste de balance externo que permite eliminar el desequilibrio.

Si bien las indicaciones de los fabricantes frecuentemente no se ajustan a la realidad, al menos ya sabemos para qué sirve y cómo funciona un convertidor digital analógico. El objetivo, como siempre hacemos en CEC, es que el lector tenga su propio criterio para afrontar la búsqueda o compra de un DAC.

APLICACIONES DE LOS DAC

Los DAC se utilizan siempre que la salida de un circuito digital tiene que ofrecer un voltaje o corriente analógicos para impulsar o activar un dispositivo analógico. Algunas de las aplicaciones más comunes se describen a continuación:

- Control: La salida digital de una computadora puede convertirse en una señal de control analógica para ajustar la velocidad de un motor o para controlar casi cualquier variable física.

- Análisis automático: Los ordenadores personales pueden ser programados para generar las señales analógicas (a través de un DAC) que se necesitan para analizar circuitos analógicos. La respuesta de salida analógica del circuito de prueba normalmente se convertirá en valor digital por un ADC.

- Control de amplitud digital: Un DAC multiplicativo se puede utilizar para ajustar digitalmente la amplitud de una señal analógica. Recordemos que éste genera una salida que es el producto de un voltaje de referencia y la entrada binaria. Si dicho voltaje es una señal que varía con el tiempo, la salida del DAC seguirá esta señal, pero con una amplitud determinada por el código de entrada binario. Una utilización normal de esta aplicación es el “control de volumen” digital, donde la salida de un circuito o computadora digital puede ajustar la amplitud de una señal de audio.

- Convertidores A/D: Varios tipos de convertidores A/D utilizan unos DAC que son parte de sus circuitos.