¿Qué es la conversión de analógico a digital?
La conversión de analógico a digital (CAD) es un proceso electrónico en el que una señal continuamente variable, o analógica, se transforma en una señal digital multinivel sin alterar su contenido esencial.
Un conversor analógico-digital transforma una señal analógica que es continua en términos de tiempo y amplitud en una señal digital que es discreta en términos de tiempo y amplitud. La entrada analógica de un conversor consiste en un voltaje que varía entre un número teóricamente infinito de valores. Algunos ejemplos son las ondas sinusoidales, las formas de onda que representan el habla humana y las señales de una cámara de televisión convencional.
La salida del convertidor analógico-digital tiene niveles o estados definidos. El número de estados es casi siempre una potencia de dos — es decir, 2, 4, 8, 16, etc. Las señales digitales más sencillas sólo tienen dos estados y se denominan binarias. Todos los números enteros pueden representarse en forma binaria como cadenas de unos y ceros.
¿Por qué es importante la digitalización?
Las señales digitales se propagan con más eficacia que las analógicas, en gran parte porque los impulsos digitales están bien definidos y ordenados. También son más fáciles de distinguir por los circuitos electrónicos del ruido, que es caótico. Ésa es la principal ventaja de los modos de comunicación digitales.
Las computadoras «hablan» y «piensan» en términos de datos digitales binarios. Aunque un microprocesador puede analizar datos analógicos, éstos deben convertirse a formato digital para que la computadora los interprete.
Un módem telefónico típico utiliza un convertidor analógico-digital para convertir el audio entrante de una línea de par trenzado en señales que la computadora puede entender. En un sistema de procesamiento de señales digitales, se requiere un convertidor analógico-digital si la señal de entrada es analógica.
Cómo funciona el teorema de Nyquist
La frecuencia de una señal analógica se mide en hercios. Su frecuencia describe la cantidad de veces que sube y baja en un segundo. El ingeniero eléctrico y matemático Claude Shannon explicó el teorema de la siguiente manera: «Si una función x(t) no contiene frecuencias superiores a B hercios, se determina completamente dando sus ordenadas en una serie de puntos espaciados 1/(2B) segundos entre sí».
Para reproducir correctamente una señal, la frecuencia de muestreo debe ser el doble de la frecuencia más alta.
Para mostrar cómo funciona, imaginemos un sensor en la Tierra encargado de medir el brillo del cielo. Realiza una medición una vez al día, cada 24 horas. Los datos de este sensor llevarían a un investigador a creer erróneamente que el cielo mantiene un brillo constante a lo largo del día. Si el experimento se modifica para que las mediciones se realicen con un intervalo de 18 horas, se obtendrían datos igualmente imprecisos, alternando aleatoriamente entre plena luz del día, oscuridad total y algo de luz tenue.
Sin embargo, si el sensor realiza una medición cada 12 horas, los resultados representarán el ciclo día-noche de la Tierra en un periodo de 24 horas. Para obtener una medida precisa de la rotación de 24 horas de la Tierra, las mediciones deben hacerse al menos al doble de su ritmo, que son intervalos de 12 horas.
Importancia de la conversión analógico-digital
Un papel clave que ha desempeñado la conversión analógica-digital en el desarrollo de la tecnología moderna es la evolución de los sistemas de comunicación de voz desde el antiguo procesamiento de señales analógicas hasta los actuales sistemas de voz sobre IP, o VoIP. Desde los años 50 hasta los 70, los sistemas telefónicos no podían comunicarse directamente con las computadoras. La aparición de los módems lo hizo posible, pero no siempre resultaban rentables.
Para que los dispositivos de entrada de datos, como los teletipos, se comunicaran con los sistemas informáticos, tenían que conectarse a un módem que enlazaba con la parte frontal de un sistema informático, como un mainframe. La velocidad de transmisión de los módems era lenta en comparación con las redes de alta velocidad actuales. En los años 60 y 70, un módem rápido proporcionaba a las computadoras un caudal de 2400 bits por segundo. En cambio, los sistemas actuales funcionan a velocidades de gigabits.
La tecnología conversión analógico-digital se convirtió en el eje del desarrollo de sistemas de centralitas privadas digitales, o PBX, así como sistemas para pequeñas aplicaciones de oficina. Estos sistemas utilizaban una arquitectura de conmutación totalmente digital, y las unidades conversión analógico-digital integradas en los aparatos telefónicos — y, a veces, en el propio conmutador — convertían las señales de voz analógicas en flujos de bits digitales que el conmutador digital podía procesar.
Por el contrario, el proceso opuesto se utilizaba cuando se realizaba una llamada de voz a otro usuario. Un convertidor digital-analógico, convertía el código digital del conmutador en señales analógicas audibles. Este modelo se sigue utilizando hoy en día, más de 50 años después. La tecnología conversión analógica-digital también se utiliza para procesar señales de vídeo en secuencias de bits digitales para transmitir imágenes visuales también con comunicaciones de voz.
El futuro de la conversión de analógico a digital
La naturaleza de los sonidos audibles que generan ondas sinusoidales que las unidades de conversión analógico-digital pueden muestrear no va a cambiar a menos que se produzca un cambio cuántico en la física. Por ello, es probable que la tecnología de conversión analógico-digital esté integrada en todo tipo de dispositivos informáticos durante mucho tiempo. La conversión analógico-digital es quizá uno de los avances tecnológicos más significativos del siglo pasado.