muestreo y retención

 

Los circuitos de muestreo y retención se utilizan para muestrear una señal analógica en un instante dado y mantener el valor de la muestra durante tanto tiempo como sea necesario. Los instantes de muestreo y tiempo de retención depende de la aplicación a la que se destine el circuito.

La conversión de una señal analógica del mundo «real» a una señal digital que pueda ser procesada en sentido ascendente es una función fundamental de los sistemas electrónicos, que van desde la grabación de audio hasta la Internet de las Cosas, la IO Industrial , y ahora la inteligencia artificial de las cosas . Este cambio de amplitud o sesgo puede dar lugar a un grave error, especialmente para las SAE de alta resolución que tardan más tiempo en convertir una señal. Este artículo muestra cómo se logra evitar la desviación de la amplitud utilizando un circuito de muestra y retención o de seguimiento y retención para el ADC. El S&H realiza el verdadero muestreo de la entrada y opera entre el filtro de paso bajo antialiasing de la entrada y el ADC.

Función de la toma de muestras y retención en ADC

Cuando se aplica una señal no CC a la entrada de un ADC, esta cambia de amplitud continuamente. Sin embargo, el proceso de conversión analógico-digital toma un intervalo de tiempo finito, por lo que a lo largo de ese tiempo, la amplitud de la entrada del ADC cambiará (Figura 1). Es esta desviación de la amplitud lo que resulta en un error potencialmente grave.

Figura 1: Un SAE con una señal de entrada variable está sujeto a errores de amplitud (arriba) debido a las variaciones de amplitud de la señal durante la digitalización (abajo). (Fuente de la imagen: Digi-Key Electronics)

 

La prevención de la desviación de la amplitud en un SAE consiste en muestrear la señal y mantener una amplitud fija mientras se realiza la conversión. Esto se logra usando el circuito S&H o T&H para el ADC (Figura 2).

 

Figura 2: La principal diferencia entre un circuito S&H (izquierda) y un T&H (derecha) es la duración del período de seguimiento: es corto en el S&H y largo en el T&H. (Fuente de la imagen: Digi-Key Electronics)

Ambos tipos de circuitos muestrean la señal de entrada y mantienen constante el voltaje muestreado durante todo el proceso de conversión. Ambos circuitos dependen de un interruptor rápido para aislar un capacitor de almacenamiento que ha sido conectado a la entrada de la señal. La etapa S&H realiza el verdadero muestreo de la entrada y opera entre el filtro de paso bajo antialiasing de la entrada y el ADC. El filtro de paso bajo realiza una limitación de banda antialiasing y debe preceder al S&H para limitar la señal antes de la toma de muestras para evitar el aliasing. (Figura 3).

 

 

Figura 3: En la ruta de la señal del digitalizador, el S&H se coloca entre el filtro de paso bajo anti-aliasing y el ADC. (Fuente de la imagen: Digi-Key Electronics)

 

las señales anteriores al S&H son todas señales analógicas. La salida del S&H es una forma de onda muestreada que se alimenta al ADC.

Conclusión:

Desde la grabación de audio hasta el más avanzado análisis de IIoT o AI, la función electrónica más básica de convertir una señal analógica en una digital requiere una cuidadosa atención a los circuitos S&H o T&H. El S&H puede ser interno o externo, pero debe estar en la ruta de la señal entre el filtro antialiasing de paso bajo y el ADC. Estas aplicaciones se extienden para incluir la prevención de los transitorios de salida o los fallos causados por las transiciones de código en los DAC.

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