Calculadora de resolución de ADC: LSB, ruido de cuantización, ENOB y sobremuestreo
Calcula el tamaño de paso (LSB) de un ADC, su SNR ideal, los bits efectivos (ENOB) con el ruido de tu circuito y el sobremuestreo para ganar bits.
Cómo funciona
LSB = V_ref ÷ 2ᴺ · ruido de cuantización = LSB ÷ √12; SNR ideal = 6.02 N + 1.76 dB · ruido total = √(q² + ruido del circuito²); ENOB = (SNR_real − 1.76) ÷ 6.02 · bits libres de ruido = log₂(V_ref ÷ (6.6 × ruido_rms)) · sobremuestreo: 4ⁿ muestras por cada n bits extra, frecuencia de salida = f_s ÷ 4ⁿ
Un ADC divide su voltaje de referencia en 2ᴺ escalones, y el tamaño de cada escalón es el cambio más fino que puede registrar, en voltios y, ya escalado, en las unidades de tu sensor. Que realmente aproveches esa resolución depende del ruido: la cuantización aporta LSB/√12, pero la referencia, el diseño de la placa y el sensor suelen aportar mucho más, así que un convertidor de 12 bits en una placa ruidosa se comporta como uno de 9 o 10. Promediar ayuda de dos formas: reduce el ruido aleatorio en √n y, si el ruido supera un escalón, recupera resolución por debajo del tamaño de paso (sobremuestreo: cuatro muestras por cada bit extra). La calculadora te muestra las cifras ideales, las realistas y lo que pierdes en frecuencia de muestreo.
Ejemplo resuelto
Tomás lee un sensor de 0–100 °C con el ADC de 12 bits de su microcontrolador y una referencia de 3.3 V: 4,096 cuentas de 3.3 ÷ 4,096 ≈ 0.806 mV, es decir, 0.024 °C por cuenta. El ruido de cuantización es de 233 µV RMS (SNR ideal de 74 dB), pero con 1 mV de ruido en el circuito el total sube a 1.03 mV: SNR real de unos 61 dB, ENOB ≈ 9.9 bits, y la lectura baila unos 0.21 °C. Si promedia 16 muestras gana 2 bits (0.0061 °C por cuenta) y sus 10,000 muestras/s se convierten en 625 resultados por segundo.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la lectura de mi ADC de 12 bits salta varias cuentas?
Porque el ruido en la entrada, la referencia y la alimentación es mayor que un escalón. Soluciones comunes: una referencia limpia en lugar del riel de 3.3 V, desacoplo y plano de tierra, un filtro RC en la entrada, muestrear cuando el CPU y el radio están en reposo, y promediar muchas muestras.
¿Cómo agrega bits el sobremuestreo?
Si la entrada tiene al menos un escalón de ruido aleatorio, el ADC cae en códigos vecinos en proporción a dónde está el valor real entre ellos; promediar 4ⁿ muestras y dividir entre 2ⁿ recupera n bits extra. Sin ruido, el promedio da el mismo código: agrega dither. Aun así, los bits extra siguen limitados por el ruido del circuito.
¿Vale la pena un ADC de 16 o 24 bits?
Solo con una etapa analógica a la altura: los convertidores delta-sigma de 24 bits dan 18–21 bits libres de ruido con un diseño cuidadoso, y uno de 16 bits en una placa de microcontrolador ruidosa muchas veces no da más bits útiles que uno de 12. Invierte primero en la referencia, el diseño de la placa, el filtrado y la ganancia.
¿Cómo se calcula la resolución de un ADC?
Divide el voltaje de referencia entre 2 elevado al número de bits. Un ADC de 10 bits con 5 V tiene 5 ÷ 1,024 ≈ 4.88 mV por cuenta; uno de 12 bits con 3.3 V, unos 0.806 mV.
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