Convertidor A/D - Video tutorial

Este video debería explicar las diferencias entre los convertidores analógicos a digitales (A/D) de 16 bits y 24 bits.

Al principio, explicaré un poco los antecedentes. Necesitamos convertir la señal analógica a formato digital. Necesitamos leer las muestras. Puedes imaginarlo como un voltímetro que se mueve a través de la señal. Ahora podemos aplicar el procedimiento inverso y dibujar la señal. La otra pregunta es con qué frecuencia el voltímetro lee los valores. La precisión la determina el chip convertidor analógico a digital. Los chips pueden tener varias cantidades de bits.

Cada convertidor A/D tiene un rango de voltaje en el que puede funcionar. Por ejemplo: usamos el convertidor con un rango de más menos doce voltios. Cuando la sensibilidad del sensor es de 100 mVs por g, podemos operar con un rango de aceleración de más menos 120 g. Si se alcanza una amplitud mayor, se convierte al valor máximo. Por ejemplo: los 150 g se convierten en 120 g.

Ahora presentamos el factor clave de cada convertidor. Se trata de la resolución. La resolución es un número y define algo así como las franjas dentro del rango de medición. En realidad, la resolución es el número de franjas.

La resolución se define en bits, no en números decimales. Por ejemplo: el convertidor con 16 franjas es de 4 bits. El número digital más alto en 4 bits es 1111. Significa que obtenemos 16 franjas de cero a 15. Cada bit siguiente multiplicará la resolución por el número 2. 5 bits dan 32, 6 bits dan 64, 7 bits dan 128 y 8 bits dan 256.

Los convertidores de 16 bits funcionan con más de 32000 niveles y menos 32000 niveles. En conjunto, más de 65000 niveles. Los convertidores de 24 bits fueron un gran paso adelante. Funciona con más de 16 millones de niveles. ¿Cuáles son las consecuencias en la práctica?

Hablamos del rango de voltaje más menos 12 voltios, que permite medir un pico de 120 g. La sensibilidad del sensor es de 100 mV/g. Si usamos el sensor con una sensibilidad de 10 mV/g, podemos medir un pico de 1200 g. El rango más menos 12 voltios parece óptimo. Si volvemos al conversor de 8 bits, tenemos un rango de más y menos 128 niveles.

¿Cuál es el ancho de banda? Es 93 mV. Es casi 1 g. Es demasiado. Significa que todo entre cero y 1 g cae a una banda. Todo entre 1 y 2 g cae a la siguiente banda. Está claro que 8 bits para un rango completo de +/-12 V no es la solución.

¿Es suficiente un conversor de 16 bits? La respuesta es que no lo es.

Las señales normales en la práctica pueden tener solo algunos mV y necesitamos medirlos. Esto significa que trabajaríamos solo con 10 o 20 niveles más bajos de los 32 000 que están disponibles. Imagine una escala de 32 metros de largo. Y solo use los primeros 20 milímetros para la medición. Es una mala noticia. Necesita una mejor escala.

Debido a que alrededor del año 2000, en su mayoría, había convertidores de 16 bits disponibles, por lo que los analizadores tuvieron que usarlos. Pero no podían usarlos para el rango completo de voltios. Las señales de bajo nivel tuvieron que amplificarse primero y luego convertirse a formato digital.

Si usáramos una resolución de 16 bits para el rango completo de +/-12 V, entonces el paso es de 0,3 mV. La señal estaría distorsionada.

¿Cómo se hace en la práctica? Después de comenzar la medición, primero se debe encontrar la ganancia. Comienza el procedimiento de ganancia automática. El analizador mide el valor pico de la señal y establece la ganancia adecuada. Ahora comienza la medición. Parece estar bien, todo está bien. Pero no, no es así. El primer problema, aunque no el principal, es el tiempo perdido. Para una máquina de baja velocidad, la ganancia automática puede tardar 10 segundos para un punto. Significa un minuto para una máquina con 6 puntos y 1 hora para 60 máquinas. Si tiene que medir cientos de máquinas, entonces se pierde mucho tiempo. Pero el problema principal es diferente.

Si la ganancia automática utiliza la parte de señal de bajo nivel sin sacudidas, entonces se establece la ganancia incorrecta. Cuando la sacudida se produce durante la medición, el rango se sobrecarga. La medición en este caso se detiene o no, pero luego contiene muestras incorrectas sobrecargadas.

Todos los problemas mencionados no existen si utiliza un convertidor de 24 bits. El ancho de banda o nivel es de 1,4 microvoltios. Si tenemos una señal con un pico de 1,4 mV, entonces el convertidor no necesita ninguna ganancia, porque se utilizan 1000 niveles para la conversión. Y este es el objetivo principal, el convertidor de 24 bits funciona siempre en el rango completo.

Puede utilizar esta prueba para cualquier analizador. Coloque el sensor sobre algo blando y realice la medición. Después de la ganancia automática, tome el sensor y golpéelo sobre la mesa. No debe aparecer ninguna advertencia o error. La medición debe continuar sin problemas de sobrecarga.

¿Quiere comprar un nuevo analizador? Preste atención a cuántos bits utiliza el convertidor A/D. Si tiene menos de 24 bits, no se recomienda comprarlo.