Convertidor analògic-digital: diferència entre les revisions

Canvis varis: corregeixo i arreglo enllaços, correcció de faltes de tipografia i afegitons aquí i allà.
mCap resum de modificació
(Canvis varis: corregeixo i arreglo enllaços, correcció de faltes de tipografia i afegitons aquí i allà.)
Un '''convertidor analògic-digital''', sovint anomenat '''CAD''' o '''ADC''' (de l'anglès ''Analog-to-Digital Converter''), és un [[dispositiu electrònic]] que té la capacitat de convertir un [[senyal analògic]] en un altre de [[senyal digital|digital]], és a dir, un [[voltatge]] en un senyal [[binari]]. Aquest té el propòsit de facilitar el seu processament (codificació, compressió, etc.) i fer el senyal resultant, el digital, més refractari al [[soroll]] i altres [[Interferència electromagnètica|interferències]] a les quals són més sensibles els senyals analògics. A aquest procés se l'anomena '''digitalització'''.
 
La funció d'un ADC és extreure mostres de l'amplitud d'alguns senyals analògics (llum, so, animació, temperatura) a un interval de freqüència i convertir els resultats a valors numèrics. Els ADC's estan incorporats en [[escàner]]s digitals, mostrejadors, termòmetres, sismògrafs, [[Càmera fotogràfica|càmeres fotogràfiques]], càmeres de video, microscopis, telescopis, mòdems, [[Ràdio|ràdios]], televisions, telèfons mòbils, [[Walkie-talkie|walkie-talkies]], i una multitud més d'aparells.
 
Tant aquest tipus de convertidor com el [[convertidor digital-analògic]] tenen l'inconvenient de no poder fer mai una mesura exacta del senyal. Al treballar a partir de mostrejosmostres del senyal al llarg del temps, tenen una precisió concreta, però els [[Senyal analògic|senyals analògics]] tenen infinits valors entre dos punts, fent impossible una conversió exacta. El nivell mínim de mostrejosmostres necessari per a després poder representar aproximadament el senyal ha de ser de més del doble de la freqüència del senyal, tal com indica el [[teorema de mostreig de Nyquist-Shannon]].
 
La digitalització o conversió analògica-digital (conversió A/D) consisteix bàsicament a realitzar de forma periòdica mesures de l'amplitud (tensió) d'un senyal, arrodonir els seus valors a un conjunt finit de nivells preestablerts de tensió i registrar-los com a nombres enters en qualsevol tipus de memòria o suport. La conversió A/D també és coneguda per l'acrònim anglès ADC (''analogue to digital converter'').
 
== Precedents històrics ==
El procés d’emmagatzemar i transmetre informació en forma digital, és a dir, el procés de conversió, tot i ser un tema que s’ has’ha desenvolupat principalment durant l’ últiml’últim segle, s’ estàs’està fent servir des de gairebé 2.000 anys, començant amb els molins romans. Aquests funcionaven mitjançant l’ [[arbre de lleves]], que transmetia l’ energial’energia de l’ aigual’aigua a les lleves d’ acordd’acord a un ordre establert per la posició dels sortints del cilindre.
 
El mateix principi també es va aplicar a l’ edatl’edat mitjana, amb els [[Carilló|carillons]] de les catedrals. Aquests permetien “programar” la melodia de les campanes a partir dels sortints d’ und’un cilindre que gira sobre un eix. Funcionava de la següent manera: cada cop que hi ha un sortint, s’ aixecas’aixeca la palanca i sona la campana amb el to que correspon. Quan no hi ha sortint, aquest to no sona.<ref>{{Ref-publicació|article=El carillón, su funcionamiento :: PianoMundo - PianoMundo|publicació=PianoMundo|llengua=es-ES|url=https://www.pianomundo.com.ar/carillon/|data=2018-07-11}}</ref>
 
Aquest mateix procés, el del cilindre amb els sortints, és el mateix que trobàvem a les [[Pianola|pianoles]], pianos automàtics del s. [[Segle XIX|XIX]], i a les caixes musicals que trobem actualment.<ref>{{Ref-web|url=http://www.centrodedocumentacionmusicaldeandalucia.es/export/sites/default/musica-mecanica/pdfs/funcionamiento-pianola.pdf|títol=centrodedocumentacionmusicaldeandalucia|consulta=|llengua=Español|editor=|data=}}</ref>
 
En aquest mateix segle, el XIX, trobem a [[Jacques Vaucanson|Jacques de Vaucanson]], considerat el constructor d’ autòmatsd’autòmats més important de l’ èpocal’època, principalment per l’ ànecl’ànec, que entre altres coses, era capaç de moure´'s, menjar i defecar.<ref>{{Ref-publicació|article=Autómatas en la Historia. Jacques de Vaucanson {{!}} Actually Notes Magazine|publicació=Actually Notes Magazine|llengua=es-ES|url=https://www.actuallynotes.com/automatas-en-la-historia-jacques-de-vaucanson-html/|data=2016-12-12}}</ref>
 
Amb el naixement de la indústria tèxtil, es va produir l’ avençl’avenç més important quant als mecanismes de codificació de la informació. Es volia construir un teler que produís una gran quantitat de peces de roba i de millor qualitat, amb el menor nombre de persones treballant.
 
En aquest procés d' invenció, cap el [[1725]], [[Basile Bouchon]], un teixidor fill d’ und’un constructor d’ orguesd’orgues, va donar el primer pas amb la construcció d’ und’un teler programable, a partir de tires de cartró amb perforacions que controlaven directament el dibuix que havia de fer aquest. La combinació de forats en funció dels colors associats a cada agulla propiciava el dibuix resultant. D’ aquestaD’aquesta manera, es podíenpodien fer dibuixos i estampats més complexos.<ref>{{Ref-web|url=https://historiasinventos.wordpress.com/tag/basile-bouchon/|títol=basile bouchon {{!}} Historias de los Inventos|consulta=2018-11-26|llengua=es-ES}}</ref>
 
Tot i això, aquest invent el millorà el [[1740]] el francès [[Jean-Baptiste Falcon]], substituint les llargues tires de paper per fitxes perforades, ja que aquestes es trencaven amb facilitat.<ref>{{Ref-web|url=https://selbysoftfurnishings.com/weaving-fabric-history/key-figures/jean-baptiste-falcon|títol=Jean Baptiste Falcon|consulta=2018-11-26|llengua=en}}</ref>
 
Aproximadament 50 anys més tard, el [[1802]] en plena Revolució industrial, aparegué [[Joseph Marie Jacquard|Joseph Jacquard]], que recollí els treballs anteriorment citats per tal de fer un pas endavant amb la construcció d’ und’un teler automàtic. Aquest es convertiria en la base de la indústria tèxtil del segle XIX, i controlava un dispositiu programat a partir de les [[Targeta perforada|targetes perforades.]] &nbsp;<ref>{{Ref-web|url=http://aventuras-cientificas.blogspot.com/2016/08/joseph-jacquard.html|títol=Joseph Jacquard|consulta=2018-11-26|data=2016-08-25}}</ref>
 
No és fins al [[1890]] que la targeta perforada assoleix un significatiu pas endavant, a partir de la seva aplicació en l’ àmbitl’àmbit del processament de grans quantitats d’ informaciód’informació, per part d’ [[Herman Hollerith|Hermann Hollerith]]. Aquest va crear la [[Tabuladora|màquina tabuladora]], i la va utilitzar per emmagatzemar i processar la informació del cens dels Estats Units de l’ anyl’any 1890.<ref>{{Ref-web|url=https://histinf.blogs.upv.es/2010/11/04/herman-hollerith/|títol=Herman Hollerith – Historia de la Informática|consulta=2018-11-26|llengua=es-ES}}</ref>
 
En el cens anterior, el de [[1880]], es va trigar gairebé 7 anys a calcular-se amb 50 milions de persones, i el de 1890, amb 13 milions més de persones, només va trigar dos anys i mig.
 
Això va suposar un avenç conceptual, ja que les targetes codificaven dades abstractes, quantitats numèriques, la base de l’ estadístical’estadística.
 
== Funcionament ==
 
=== Inconvenients del senyal digital ===
# Es necessita una conversió analògica-digital prèvia i una decodificaciódescodificació posterior, en el moment de la recepció.
# Si no es posa un nombre suficient de nivells de quantificació en el procés de digitalització, la relació senyal i soroll resultant es reduirà amb la relació a la del senyal analògic original que es va quantificar. Això és un error de [[Quantificació (processament de senyal)|quantificació]].
# És necessari posar sempre un filtre actiu analògic sobre el senyal que s'utilitzarà de mostreig, per evitar l'[[aliasing]].
 
== Tipus de convertidors ==
* D'aproximacionsAproximacions successives (''Successive approximation (SAR)''): És el més utilitzat, apte per a aplicacions que no necessiten grans resolucions ni velocitats. Degut al seu baix cost se sol integrar en la majoria de [[Microcontrolador|microcontroladors]] permetent una solució de baix cost en un únic xip per a nombroses aplicacions de control. El convertidor realitza una cerca dicotòmica del valor present en l'entrada. La seva principal carència és l'elevat temps de conversió necessari.
* ''Flash'': Aquest convertidor destaca por la seva elevada velocitat de funcionament. Està format per una cadena de divisors de tensió i comparadors, realitzant la conversió de manera immediata en una única operació. La seva principal desavantatge és el cost elevat.
*[[Modulació Sigma-Delta|Sigma-delta]] (ΣΔ): Tenen una velocitat màxima de conversió baixa però a canvi disposen d'una relació senyal a soroll molt elevada, la més gran de tots.
* Rampa simpleúnica: És un tipus de conversorconvertidor amb integrador. S'utilitza en aquells casos en els quals no es requereix una gran velocitat, però que és important aconseguir una bona linialitatlinealitat. Té com a inconvenient que la sortida depèn de molts factors com Vref, R, C... Aquest problema se soluciona amb el convertidor de rampa doble.
* Rampa doble: El funcionament del convertidor de rampa doble es basa amb el de rampa simple però afegeix un des-integrador, amb això s'aconsegueix que qualsevol error introduït en la integració s'elimini.
 
Els senyals analògics i digitals serveixen per transmetre informació de forma eficaç. Els senyals analògics s'utilitzen per dur a terme les transmissions d'elements de vídeo o so (Són útils pels micròfons). Els senyals analògics són de tipus [[senoidal]] i, per tant, es necessita un aparell capaç de descodificar-les i així rebre la informació que envien. S'utilitza molt per la seva fidelitat amb el so real i perquè no requereix grans costos, ja que es consumeix poca amplada de banda, però l'inconvenient és que és una acció que es processa en temps real. Aquest fet provoca que si hi ha algun error sigui difícil de rectificar, cada còpia que es realitza de l'original es degrada i proporcionen poc suport alhora de transmetre volum de dades. (Això no passa amb el digital, on podem generar tantes còpies com vulguem i editar diferents parts sense inconvenient).<ref>{{Ref-web|url=https://www.universidadviu.es/diferencias-senal-analogica-digital/|títol=Senyals analògiques i digitals|consulta=11/11/2018|llengua=Castellà|editor=}}</ref> Un senyal analògic és aquell que pot prendre una infinitat de valors (freqüència i amplitud) dintre d'un límit superior i inferior. El terme analògic prové d'anàleg. Per exemple, si s'observa en un [[oscil·loscopi]], la forma del senyal elèctric que converteix un [[micròfon]] el so que capta, aquesta seria similar a l'ona sonora que la va originar.
 
En canvi, un senyal digital és aquell on les ones (temps i amplitud) no corresponen a les senoidalssinusoïdals, si no que són quadrades , el que significa que el senyal necessàriament ha de prendre uns determinats valors fixos predeterminats en moments també discrets. Aquests valors fixos es prenen del [[sistema binari]], el que significa que el senyal va a quedar convertit en una combinació de zeros i uns, que ja no se sembla en res al senyal original. Aquesta forma de transmissió proporciona grans possibilitats com transmetre la informació de forma més fidel a la realitat. Actualment és la via més utilitzada a causa de la seva facilitat d'ús, la no pèrdua de l'original en el moment de realitzar còpies i la rapidesa amb la qual es pot compartir. Tot i que l'analògic encara s'estigui utilitzant en alguns àmbits i sigui més barat, el digital s'ha imposat en la nostra societat. La tecnologia prefereix utilitzar el senyal digital perquè ens dona una gran base de fiabilitat que és impossible d'obtenir amb l'analògic.<ref>{{Ref-web|url=https://www.universidadviu.es/diferencias-senal-analogica-digital/|títol=Diferències senyal analògica i digital|consulta=11/11/2018|llengua=Castellà|editor=}}</ref>
 
Els senyals analògics no es diferencien, per tant, dels senyals digitals en la seva precisió (la qual és finita tant en els analògics com en els digitals). Amb freqüència és més fàcil obtenir precisió i preservar la forma d'ona del senyal analògic original (dins dels límits de precisió imposats pel soroll que té abans de la seva conversió) en els senyals digitals que en aquelles que provenen de suports analògics, caracteritzats típicament per relacions senyal a soroll baixes en comparació.
Les tècniques de compressió sense pèrdues es basen en algorismes matemàtics que permeten la reducció dels bits que cal emmagatzemar o transmetre. Com per exemple l'anomenada codificació de longitud de seqüències, molt utilitzada en les tècniques de transmissió digital, mitjançant la qual se substitueixen les seqüències de bits repetits per la codificació de la longitud de la seqüència (en llenguatge col·loquial, millor dir deu uns que dir un, deu vegades). O la coneguda com la codificació relativa o incremental que codifica les diferències entre dos valors consecutius, en comptes dels valors absoluts (si per representar el valor absolut d'una mostra d'un senyal amb un gran valor dinàmic necessitem un elevat nombre de bits, segur que si el senyal no tenen trànsits molt bruscos, necessitarem menys bits per codificar el rang de la diferència entre dues mostres consecutives). I un últim exemple podria ser l'anomenada codificació de longitud variable, que utilitza una codificació dependent de la freqüència de repetició dels valors, utilitzant menys bits per a codificar les mostres dels valors es repeteixen amb més freqüència, (a l'estil codi Morse).
 
Les tècniques de codificació citades són de gran utilització en els sistemes de transmissió digital. Això no obstant, en el que es refereix al tractament digital d'imatge i so, donada l'aletorietataleatorietat d'aquests tipus de senyals, són pocs efectius quant a la reducció de la mida dels arxius resultants.
 
Per això, la compressió del so i la imatge per Internet es basa més en el coneixement del funcionament dels nostres sentits. Són tècniques que assumeixen pèrdues d'informació, d'aquí el seu nom de compressió amb pèrdues, però estan dissenyats de manera que les "pèrdues" no siguin percebudes pels éssers humans.
Els convertidors D/A depenent de la forma de representar la informació a la sortida, es poden classificar en:
 
Convertidors A/D amb entrada parelparal·lel:
Són aquells que subministren simultàniament en terminals independents una combinació binaria equivalent al valor de la variable d'entrada.
 
Convertidors D/A amb entrada seriesèrie:
Són aquells que també codifiquen el senyal analògic mitjançant una combinació binària, però en lloc de presentar-ho en paral·lel, ho fa amb un circuit sequenciadorseqüenciador.
 
== Exemples ==
Quan la música original es va gravar en el CD es va utilitzar un procés que essencialment, era l'invers del descrit aquí, i que utilitzava un Convertidor analògic-digital.
 
Les freqüències de mostreig més utilitzades per audioàudio digital són les següents:
* 24.000 mostres per segon (24 kHz)
* 30.000 mostres per segon (30 kHz)
 
[[Processament de senyals digitals|Processament digital de senyals]]:
Els ADC són usats pràcticament a tot arreu on un senyal analògic ha de ser processat, emmagatzemat, o transportat amb una forma digital. Els ADC ràpids de vídeo són usats, per exemple, en targetes sintonitzadors de TV. Els ADC molt ràpids es necessiten en oscil·loscopis digitals, i són crucials per noves aplicacions com enla ràdio definida per [[Programari|software]] (SDR, les sigles en anglès de radi''Software defined definitRadio'').
 
== Referències ==
156

modificacions