¿La relación entre el tiempo de adquisición y el reloj en la salida ADC?

La sincronización de un ADC típico en un microcontrolador, cuando se necesitan resultados precisos, puede ser un acto de equilibrio fino.

Hay dos propiedades básicas que se deben tener en cuenta: la muestra o adquisición, el tiempo y el tiempo de conversión.

Dicho de manera cruda, un ADC puede verse como un condensador que se conmuta para cargarse desde el pin de entrada analógica o para que el sistema de muestreo lea su voltaje. Esto se conoce como Muestra y retención.

Durante el tiempo de muestreo, el condensador está conectado al pin de entrada analógica. Durante este tiempo, se carga hasta el nivel de la tensión de entrada. La carga no es instantánea, pero sigue siendo muy rápida. Debe asegurarse de que el capacitor esté conectado el tiempo suficiente para que la tensión a través del capacitor coincida, lo más cerca posible, de la tensión entrante.

Una vez que haya capturado ese voltaje, es hora de convertirlo en un valor digital. La forma más común (y la forma en que usa el PIC18) es un ADC de aproximación sucesiva. Eso toma, durante una serie de periodos de reloj, una resolución cada vez más alta del voltaje, generalmente un reloj por bit de datos de salida, así que 12 ciclos de reloj para un ADC de 12 bits.

Cada uno de los 12 bits de muestra tarda una cierta cantidad de tiempo en calcularse, por lo que debe ir lo suficientemente lento para que la conversión se complete correctamente. Pero, al mismo tiempo, el condensador se está descargando. Vaya demasiado lento, y su muestra perderá precisión. Por lo tanto, debe asegurarse de que su tiempo sea lo suficientemente rápido para obtener buenos resultados precisos, pero no tan rápido que el ADC no pueda muestrear los valores correctamente.

Un ADC de aproximación sucesiva requiere "tiempo" para producir el resultado más preciso. Esto se debe a que el MSB (el bit más significativo) se calcula primero y luego el siguiente bit, etc., hasta que se calcula el bit final y esto requiere que la señal analógica se "mantenga" constante durante todo el proceso.

Esto generalmente se hace con un circuito de muestreo y retención. Esto toma una "instantánea" de la señal de entrada y la almacena en las placas de un capacitor para que el proceso de aproximación sucesiva se trate de una señal de estabilidad constante.

El tiempo de adquisición a veces se denomina tiempo de "muestra y retención" porque el tipo de circuito que "adquiere" una instantánea constante del circuito se denomina circuito de muestra y retención. Utiliza un condensador (en el centro de la misma) para "mantener" la tensión de la señal constante y este condensador se conecta a la señal de entrada a través de lo que puede describirse simplemente como un interruptor analógico. Pero, toma un tiempo finito para cargar el capacitor a la tensión de la señal y, es importante (generalmente) que la impedancia de la señal sea baja para que se pueda tomar suficiente corriente para cargar el capacitor lo más rápido posible.

Es por esto que (por ejemplo) ves en la hoja de datos de un PIC que recomiendan que la impedancia de la señal sea inferior a unos pocos kohms. Sin tiempo suficiente, la tapa no se cargará correctamente y habrá un error de medición. Esto también se aplica a los multiplexores que se encuentran delante de un ADC: se debe dar suficiente tiempo (una vez que el multiplexor se haya conmutado inicialmente) para que el condensador de muestra adquiera un voltaje representativo preciso de la entrada.

Con respecto al reloj utilizado en un ADC, esto generalmente se considera como el mecanismo de temporización para extraer el valor analógico calculado en el registro de aproximación sucesiva y no está relacionado en gran medida con la adquisición de la señal analógica.

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