12.8: Problemas
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12.8.1: Preguntas de revisión
1. ¿Qué es PCM?
2. Definir el término resolución.
3. ¿Qué es la cuantificación?
4. ¿Qué es un alias y cómo se produce? ¿Cómo se evita un alias?
5. Definir la frecuencia de Nyquist y discutir la importancia de este parámetro.
6. Explique cómo se puede usar un amplificador sumador para crear un convertidor digital a analógico.
7. Explicar la diferencia entre la no linealidad integral y la no linealidad diferencial.
8. ¿Qué es un filtro de suavizado (reconstrucción)?
9. ¿Cuál es el propósito de un amplificador de seguimiento y retención?
10. Detallar las diferencias entre la conversión flash y la técnica de aproximación sucesiva. ¿Dónde se usaría cada tipo? ¿Cuáles son sus limitaciones?
11. Dé varios ejemplos de posibles funciones DSP.
12.8.2: Problemas
Problemas de análisis
1. Determine el número de pasos de cuantificación para un sistema de 10 bits.
2. Un convertidor de 14 bits produce una salida máxima de pico a pico de 2.5 V. ¿Cuál es el tamaño del paso?
3. Determinar el rango dinámico de los convertidores en Problemas 1 y 2.
4. Deseamos resolver una señal pico a pico de 1 V a al menos 1 mV. ¿Cuál es el número mínimo permitido de bits en los datos convertidos?
5. Deseamos crear señales analógicas usando un generador de formas de onda arbitrarias. Si enviamos palabras digitales a una velocidad de 50 kHz, ¿cuál es la velocidad de conversión máxima permitida para el DAC?
6. Supongamos que estamos tratando de digitalizar señales ultrasónicas que se encuentran entre 25 kHz y 45 kHz.
A) ¿Cuál es la frecuencia Nyquist?
B) ¿Cuál es la tasa de muestreo mínima aceptable?
7. Determinar el tiempo máximo de conversión permitido para el ADC del Problema 6.
8. Dado un ADC de 14 bits,
A) Determinar el número de comparadores requeridos para la técnica de flash.
B) Determinar el número de comparaciones requeridas si se utiliza la técnica de aproximación sucesiva.
9. Supongamos que un solo ADC de 16 bits está conectado a una computadora integrada. La frecuencia de muestreo es de 10 kHz. Determine la velocidad de datos en bytes por segundo.
10. Refiriéndose al Problema 9, si el dispositivo informático tiene 350 k bytes de RAM disponibles para el almacenamiento de datos, ¿cuánto tiempo representa esto?
11. Los grabadores DAT (cinta de audio digital) normalmente utilizan una representación de 16 bits con una frecuencia de muestreo de 48 kHz. Si la unidad se utiliza para registrar una actuación de “Rite of Spring” de Stravinsky (35 minutos en total), ¿cuál es la capacidad de almacenamiento requerida en bytes?
12. Si los datos se transfieren en serie desde el DAT del Problema 11 a un IC de procesamiento de señal digital en tiempo real, ¿cuál es el ancho de cada pulso individual?
13. Se utiliza un DAC de 12 bits y 2 microsegundos como parte de un convertidor analógico a digital de aproximación sucesiva discreta. Suponiendo que los retardos lógicos y los tiempos de establecimiento de señal son insignificantes, determine:
A) El tiempo mínimo permitido entre puntos de muestreo.
B) La frecuencia máxima de la señal de entrada sin aliasing.
14. Un convertidor DA de video de 6 bits produce una oscilación de salida máxima de aproximadamente 1.25 V (unipolar). Determine el voltaje de salida para las siguientes palabras de entrada digital.
A) 000001
B) 100000
C) 111111
D) 011101
15. Un DAC de instrumentación de 10 bits produce una salida de 16 mV con una entrada de 0000000100. Determinar:
A) El tamaño del paso
B) La señal de salida máxima.
16. Un ADC de 8 bits produce una salida a escala completa de 11111111 con una señal de entrada de 2 V. Determine la palabra de salida dadas las siguientes entradas. (Supongamos que este convertidor redondea al valor de salida más cercano y es unipolar).
A) 100 mV
B) 10\(\mu\) V
C) 0 V
D) 1.259 V
17. Supongamos que los retardos comparadores/lógicos, los tiempos de estabilización del amplificador y otros factores requieren 400 ns en total en una técnica de fabricación de CI particular. Si esta tecnología se utiliza para crear convertidores AD, determine el tiempo máximo de conversión para los siguientes convertidores de 8 bits:
A) Flash
B) Aproximación sucesiva
C) Tipo de escalera/rampa
Problemas de diseño
18. Deseamos digitalizar las señales de voz humanas. La frecuencia máxima de entrada se limitará a 3 kHz y se requiere una resolución superior al 0.5% del valor máximo de entrada.
A) Dibujar un diagrama de bloques del sistema completo.
B) Determinar el requisito mínimo de bits.
C) Determinar la tasa mínima de muestreo si la tasa de Nyquist se establece en 25% mayor que el mínimo teórico.
D) Determinar la frecuencia de sintonización del filtro anti-alias.
E) Determinar la técnica de conversión preferida.
F) Determinar cuál de los CI presentados en el capítulo es el más adecuado para este sistema.
19. Deseamos diseñar un sistema capaz de digitalizar señales complejas con un espectro que va de CC a 400 kHz. La precisión debe ser de al menos 0.2% de la escala completa.
A) Dibujar un diagrama de bloques del sistema completo.
B) Determinar el requisito mínimo de bits.
C) Determinar la tasa mínima de muestreo si la tasa de Nyquist se establece en 20% mayor que el mínimo teórico.
D) Determinar la frecuencia de sintonización del filtro anti-alias.
E) Determinar la técnica de conversión preferida.
F) Determinar cuál de los CI presentados en el capítulo es el más adecuado para este sistema.
20. Escriba un algoritmo de computadora que pueda usarse para “voltear” los datos digitales de nuevo al frente. (es decir, tocarlo al revés).
21. Escribir un algoritmo informático que determinará el valor máximo máximo de los datos digitales.
22. Escribir un algoritmo informático que determinará el valor RMS de los datos digitales.