Convertidor A/D de Doble Rampa: Funcionamiento y Principios de Conversión Tensión-Tiempo

Convertidor A/D de Doble Rampa

Su principio fundamental es la conversión de tensión a tiempo. Tanto la tensión de entrada como la de referencia se convierten en intervalos de tiempo, y la relación entre ambos intervalos es igual a la relación entre ambas tensiones.

Funcionamiento del Circuito

La parte fundamental del circuito es el amplificador operacional A1, que trabaja como integrador negativo. El proceso se divide en dos fases principales:

Fase 1: Carga del Condensador

Inicialmente y durante un tiempo fijo preestablecido T, se carga linealmente el condensador C a través de la tensión de entrada Ve. El valor Vi de la tensión de salida del integrador al final de este tiempo será:

[Ecuación de Vi durante la carga - no proporcionada en el original]

Dado que R, C y T son constantes, el valor final de Vi, alcanzado por el condensador C después de transcurrido el tiempo T, será directamente proporcional a la tensión de entrada Ve. La pendiente durante la carga, mc, será tanto mayor cuanto mayor sea Ve:

[Ecuación de mc - no proporcionada en el original]

Fase 2: Descarga del Condensador

Pasado el tiempo T, el circuito combinacional de control ordena, por un lado, la puesta a 0 del contador digital y, por otro, el paso del conmutador a la posición 2. Ahora, la tensión aplicada al integrador resulta ser la tensión de referencia Vr. Es crucial que el signo de esta tensión Vr sea en todo momento contrario al de la tensión de entrada Ve (si Ve es positiva, Vr será negativa, y viceversa).

Debido a esto, el condensador C se descargará linealmente hasta 0 V desde el valor Vi alcanzado en la fase anterior. La ecuación de la recta de descarga es:

[Ecuación de la recta de descarga - no proporcionada en el original]

La pendiente de descarga, md, será siempre idéntica, ya que Vref, R y C son parámetros invariantes:

[Ecuación de md - no proporcionada en el original]

(Aquí iría una representación gráfica del funcionamiento con las dos pendientes existentes en la salida del integrador, mostrando casos para diferentes tensiones de entrada, por ejemplo, Ve1 > Ve2).

Relación Tensión-Tiempo y Conversión

El tiempo de descarga, Td, será mayor cuanto más alto sea el valor de la tensión de entrada Ve. Podemos obtener una relación analítica entre ambos parámetros sabiendo que la tensión en el condensador adquirida durante la carga (en el tiempo fijo T) será la misma que la que se pierde durante la descarga (en el tiempo variable Td).

[Ecuación de la relación carga-descarga - no proporcionada en el original]

Como Vref y T son constantes, resultará una expresión de la forma:

Ve = K · Td

Esta expresión confirma la relación lineal directa entre la tensión de entrada Ve y el tiempo de descarga Td. El contador digital mide precisamente este tiempo Td.

Finalización de la Conversión

Cuando la tensión de salida del integrador Vi pasa por el valor 0 V (indicando que la descarga ha finalizado), el detector de paso por cero (comparador A2) lo detecta. Esta detección activa una señal de control (Vc=1), la cual ordena la transferencia del estado actual del contador (que contiene el valor digital proporcional a Td y, por tanto, a Ve) a los registros de salida.

Consideraciones

Un inconveniente de este método es que el tiempo total de conversión (T + Td) es variable y generalmente más alto que el de otros métodos como el de rampa simple.