DAC

Un convertidor de digital a analógico es un circuito electrónico que transforma valores numéricos discretos, típicamente expresados como palabras binarias, en señales continuas de voltaje o corriente analógicas. Un procesador o chip de memoria emite un código (por ejemplo, de 8, 12 o 16 bits de ancho); el DAC lee ese código y produce una salida analógica proporcional. Esta tarea de conversión única es fundamental: casi todas las señales que impulsan un motor, cargan una batería, modulan una portadora de radiofrecuencia o controlan un altavoz deben pasar primero por un DAC.

La arquitectura más común es la de red de resistencias ponderadas o R-2R. Los bits de entrada controlan interruptores analógicos que conectan resistencias de precisión a un nodo sumador; los valores de las resistencias se escalan para que cada bit contribuya con su fracción correcta de la salida a escala completa. Un amplificador operacional (op-amp) almacena en búfer y escala el resultado. Un DAC de 10 bits resuelve el rango de salida completo en 1024 pasos; un DAC de 16 bits en 65536 pasos. La resolución por sí sola no garantiza la precisión: el error de linealidad, la deriva de offset y el tiempo de establecimiento afectan el rendimiento real. Las topologías de aproximación sucesiva y de dirección de corriente son comunes en dispositivos rápidos y de alta resolución.

Selección y aplicación

La elección del DAC depende del ancho de banda, la resolución, el consumo de energía y la impedancia de salida. Una aplicación de audio podría usar un dispositivo de 24 bits a una frecuencia de muestreo de 96 kHz con un bajo nivel de ruido de alrededor de 100 dB. Un control de motor podría usar un DAC de 12 bits funcionando a 10 kHz con un swing de salida de 10 mA. Los instrumentos portátiles exigen una baja corriente de reposo, a menudo en el rango de microamperios; los sistemas de control industrial toleran una mayor potencia, pero requieren estabilidad de temperatura en un rango de 0 a 70 grados C o más amplio. El almacenamiento en búfer de salida (un op-amp dedicado o una etapa de salida integrada) es casi siempre necesario porque el núcleo del DAC por sí mismo solo puede suministrar o absorber pequeñas corrientes, típicamente por debajo de 5 mA.

Los DAC fallan con mayor frecuencia debido a descargas estáticas en entradas no protegidas, saturación del búfer de entrada cuando se sobrecarga o pérdida de estabilidad del voltaje de referencia. El voltaje de referencia establece la salida a escala completa; cualquier rizado o deriva de temperatura en la referencia aparece directamente en la salida. Un cambio del 0,1% en la referencia de 5 V provoca un error del 0,1% en la señal analógica final. Por esta razón, los DAC de precisión incluyen búferes de referencia en el chip o se combinan con referencias externas de coeficientes de temperatura coincidentes.

Los microcontroladores modernos de señal mixta integran DAC junto con convertidores de analógico a digital y lógica digital para formar motores compactos de medición y control. Las interfaces seriales como SPI e I2C permiten la comunicación con lógica de multiplexación o secuenciación externa. El DAC permanece invisible para la mayoría de los usuarios, incrustado profundamente en códecs de audio, chips de interfaz de sensores y circuitos integrados de administración de energía, sin embargo, su precisión y velocidad determinan la fidelidad de todo el sistema.