Software para el aprendizaje de convertidores digitales-analógicos.

SOFTWARE PARA EL APRENDIZAJE DE CONVERTIDORES DIGITALES-ANALÓGICOS MANUEL A. ROMERO CARO Y ALBERTO YÚFERA Depa amen o de Tecnología Elec ónica, Uni e sidad de Se illa, A . Reina Me cedes s/n, Se illa 41012, España. : 95 4556472, ax: 95 4552764. email: [email p o ec ed] Se p esen a un paque e de so wa e didác ico que acili a el p oceso de enseñanza/ ap endizaje de la elec ónica, en conc e o, de con e ido es digi al-analógicos. Cons a de una sección exposi i a, en la que se desc iben los con enidos de la ma e ia, más un conjun o de simulaciones que pe mi en al alumno conoce el uncionamien o in e no del con e ido , la e olución de sus pa áme os y los alo es in e medios de sus a iables du an e la ejecución del algo i mo de con e sión D/A. Asímismo, se incluye un conjun o u o iales basados en animaciones que mues an como se ejecu an las simulaciones, y el uncionamien o del Con e ido Digi al-Analógico (CDA) seleccionado. 1. In oducción En la ac ualidad se encuen a cada ez más ex endida la ealización de cu sos ía In e ne así como la u ilización de documen ación y ma e ial didác ico elec ónico como apoyo a la labo docen e. El ap endizaje de una ama de la elec ónica equie e, a menudo, conocimien os en di e sos campos ( eo ía de ci cui os, p ocesos de ab icación, disposi i os, ci cui os analógicos y digi ales, he amien as de simulación, e c) que, a eces, el alumno no iene consolidados. En es os casos, los con enidos p opios de elec ónica esul an, en ocasiones, complejos de asmi i po pa e de los docen es. Los obje i os a alcanza con es e abajo son, po un lado, do a al alumno de una documen ación elec ónica ela i a a las ca ac e ís icas y uncionamien o de los con e ido es digi al/analógicos, y po o o, suminis a un mé odo de ealiza simulaciones in e ac i as que le pe mi an expe imen a y calcula los pa áme os ca ac e ís icos de un CDA. La he amien a que p esen amos pe mi e isualiza g á icamen e la e olución de las a iables in e nas del CDA du an e el p oceso de con e sión. Se a a de una aplicación, eminen emen e didác ica, que p e ende se i de apoyo al desa ollo de dichos con enidos. Pa a su elabo ación, se ha u ilizado como he amien a de desa ollo Mac omedia Flash [4], un es ánda de ac o pa a el diseño y animación web. Asímismo, se incluye un conjun o de animaciones que si en de ayuda a las di e sas simulaciones en las que se explica cómo se ha de ealiza la simulación y cómo es el uncionamien o del ci cui o que se es á simulando. Pa a el desa ollo de dichas animaciones se ha empleado la he amien a Mac omedia Robodemo [5]. 2. P esen ación La he amien a es á cons i uida po un o al de 96 diaposi i as o ganizadas po emas, a a és de las cuales pod emos desplaza nos en ambos sen idos median e el pulsado de bo ones de a ance- e oceso. Los con enidos han sido seleccionado p incipalmen e a pa i de apun es de clase [2] y la bibliog a ía [3]. Se ha incluido in o mación sob e las ca ac e ís icas es á icas de los CDAs pa a una se ie de opologías que de alla emos pos e io men e. En es e apa ado, amos a desc ibi una pan alla ipo, y las uncionalidades que podemos dis ingui a ni el de manejo de la aplicación. En el siguien e, se de alla án los con enidos y el ipo de simulaciòn que pe mi e ealiza . En e las uncionalidades gené icas de la he amien a que encon a emos en cada pan alla enemos: BARRA DE BOTONES: Pe mi e accede a acciones como el desplazamien o a a és de la p esen ación, opciones de con igu ación de la película (escalado, con ol de sonidos,…), ealiza a eas de imp esión, accede a las aplicaciones empleadas en el desa ollo de la aplicación, mos a in o mación. ZONA DE CONTENIDOS: A ea de la diaposi i a en la que se expond án los da os, ep esen a i os del análisis ealizado y que pueden se es á icos y/o dinámicos, como esul ado de la simulaciones. INFORMACIÓN: Línea en la que se especi ica el g upo al que pe enece la diaposi i a ac ual, así como el núme o de és a. Funciona a modo de plano de si uación. Las diaposi i as pod án o no con ene enlaces a simulaciones que se co esponde á con el ipo de CDA que se es é exponiendo, de mane a que, si con iene dicho enlace, ambién end á habili ado el bo ón de ayuda en la ba a de bo ones, median e el cual se accede ía a la explicación del manejo de los elemen os que apa ecen en la simulación, así como la explicación del uncionamien o del mismo. 3. Con enidos y animaciones El p og ama nos pe mi e ealiza es ipos de cálculos o animaciones sob e una se ie de a qui ec u as de CDAs que han sido inco po adas. En o al, son ca o ce a qui ec u as, de las cuales, las dos p ime as co esponden a a qui ec u as ipo se ie y las es an es son de ipo pa alelo: - Se ie - Algo í mico - Resis encias ponde adas - R-2R - Escalado en co ien e con MOSFET - Escalado en ensión - Escalado en ensión (B) - Ponde ación de ca ga Figu a 1.- Es uc u a gene al de una pan alla de la he amien a. - Ponde ación de ca ga (B) - Sub DAC co ien e - Sub DAC ca ga - Sub DAC ca ga (B) - Sub DAC ensión-ca ga - Sub DAC ca ga- ensión sob e las cuales el usua io puede ealiza di e sos análisis que se de allan a con inuación. 3.1 Tipo cálculo Consis e en la es imación de los pa áme os es á icos del con e ido una ez es ablecidas las especi icaciones de en ada. Los pa áme os gene ados co esponden al compo amien o es á ico y son gene ales pa a cuanquie ipo de CDA. Pe mi en hace una p ime a alo ación de las p es aciones del con e ido , que incluye ambién el cálculo de los pa áme os es á icos (SNR, núme o e ec i o de bi s, e c) y la unción de ans e encia del con e ido , con los e o es básicos medidos sob e ella, en in e acción con el usua io: o se , ganancia y no linealidad in eg al y di e encial. La Fig. 2 mues a es e ipo de pan allas, en la que apa ecen los pa áme os ca ac e ís icos de un con e idoe 3 bi s. 3.2 Tipo demos ación Pe mi e ob ene una imagen es á ica del compo amien o del CDA pa a unas condiciones de en ada, incluyen o el es ado de odos sus componen es in e nos. El esul ado inal mues a la a iable analógica de salida en unción de los códigos digi ales de en ada. Si conside amos un CDA con edis ibución de ca ga, Fig. 3, en la pan alla de animación pod emos dis ingui los siguien es elemen os: Figu a 2. Cálculo de los pa áme os es á icos de un con e ido Digi al-Analógico de 3 bi s. - Conjun o de in e up o es median e el cual especi ica emos la palab a digi al de en ada (d) que se desea con e i . -El g á ico que ep esen a el esquema elec ónico del CDA. - El in e up o de ase, si exis e, que nos pe mi i á cambia en e dis in as ases del p oceso de con e sión (Ej. Fase inicial o de desca ga de condensado es, φ1, y ase de con e sión φ2). - El conjun o de con ac os que modi ica án sus posiciones en unción de los alo es que aya omando el bi co espondien e al código digi al a con e i . - Exp esión ma emá ica median e la que se de e mina la ensión analógica de salida, Vou , y cuyo alo inal es mos ado en unción de V e . La simulación nos pe mi e iden i ica el es ado de los componen es du an e el p oceso de con e sión y e alua la ensión analógica de salida. 3.3 Tipo demos ación paso a paso Pa a es e ipo de simulaciones, las a iables del CDA e olucionan empo almen e a pa i de las en adas y del algo i mo selecionado. La es uc u a de es e ipo de simulación es simila a la an e io , sal o que aho a es posible ep esen a g á icamen e la e olución empo al de las a iables (Vou ) exp esadas en unción de V e . En la Fig. 4 se mues an algunas pan allas co espondien es con la simulación de la con e sión, pa a un CDA se ie de edis ibución de ca ga, con la palab a digi al de en ada D=1011. Las ensiones que an almacenando c1 y c2 du an e la con e sión, alo es que, a su ez, son mos ados numé icamen e en las cajas de ex o Vc1 y c2. Pa a ealiza la con e sión se á necesa io i pulsando el bo ón de eloj (Clk) pa a cada uno de los bi s. En ella se puede obse a cómo los con ac os modi ican su posición en unción del alo del bi que se es é con i iendo, el cual, lo hab emos es ablecido p e iamen e median e su in e up o co espondien e. También pod emos ap ecia , g á ica y numé icamen e, los alo es que a omando Vc1 y Vc2 a lo la go de la con e sión, así como se ealiza la edis ibución de la ca ga al ce a s1. El p og ama además inco po a 19 u o iales que e olucionan de o ma au ónoma enseñando al usua io las di e en es pa es de la he amien a, así como ilus an su po encialidad, aspec o que a eces queda no su ien emen e pues o en e idencia ya que el usua io no el desconoce a p io i la he amien a y que, en sí mísma, cons i uye un pequeño cu so de iniciación a los CDAs. Figu a 3. Animación ipo demos ación. CDA de ap oximaciones sucesi as basado en edis ibución de ca ga. Figu a 4.- Animación ipo demos ación paso a paso de un CDA Se ie. Consis e en 10 pasos. 5. Conclusiones En es e abajo se ha desc i o un p og ama educa i o pa a la enseñanza de con e ido es de Digi ales Analógicos. En él se inco po a in o mación necesa ia pa a la conoce 14 a qui ec u as de CDAs o almen e pa ame izadas. La he amien a es á pensada pa a la in e acción con el alumno, pe mi iendo modi ica los pa áme os de cada una de las a qui ec u as p esen adas, y mos ando p og esi amen e la e olución opológica y compu acional del algo i mo de con e sión. El p og ama acili a ambién u o iales que e olucionan de o ma au ónoma según el esquema paso a paso. 4. Bibliog a ía [1] M. A. Rome o Ca o, So wa e pa a el ap edizaje de Con e ido es Digi ales-Analógicos. P oyec o in de ca e a (ETSII) Uni e sidad de Se illa. Sep. 2005. [2] Apun es de clases, Ci cui os Elec ónicos e Ins umen ación. 2º Ingenie ía Técnica en In o má ica de Sis emas. ETSII, Uni e sidad de Se illa. [3] P. Allen and D. Holbe g, “Digi al-Analog and Analog-Digi al Con e e s”. Chap. 10 in C MOS Analog Ci cui Design. Ox o d Uni e si y P ess, 2002. [4] F. Pascual Gonzalez, Guía de Campo de Mac omedia FLASH MX, 2004. [5] Mac omedia España, página web. h p://www.adobe.com.