Milivoltios a Microvoltios: LSB del ADC y ganancia

Leer un rango en milivoltios como microvoltios por cuenta del ADC

Una señal deja de ser un problema de milivoltios en cuanto la comparas con un solo código del ADC. Divide una referencia entre 2ⁿ y el resultado cae en microvoltios, así que esa es la unidad en la que tiene que estar el rango de tu sensor antes de poder decir cuántas cuentas va a mover.

Factor de conversión: 1 mV = 1.000 µV; multiplica los milivoltios por 1.000. Ejemplo resuelto: una salida de puente de 4,7 mV son 4.700 µV. En un convertidor de 12 bits con referencia de 3,3 V, un LSB vale 3,3 V ÷ 4.096 = 805,7 µV, así que ese rango entero mueve el código unas 5,8 cuentas.

Qué papel juega aquí cada unidad

Los rangos llegan en milivoltios

Una célula de carga de 2 mV/V con excitación de 5 V da 10 mV a fondo de escala, una resistencia shunt 75 mV, y un termopar tipo K unos 41 µV por °C.

Un código cae en microvoltios

LSB = V_ref ÷ 2ⁿ: con 3,3 V eso son 805,7 µV en una pieza de 12 bits y 50,4 µV en una de 16, demasiado poco para que los milivoltios sigan siendo cómodos.

La ganancia une las dos

La ganancia es un cociente de rangos: rango de entrada ÷ rango del sensor. Poner los dos lados en la misma unidad antes de dividir es lo que evita un despiste de factor 1.000 en el diseño del amplificador.

De la hoja técnica a los microvoltios en cuatro pasos

Escribe el rango que da la hoja técnica

Pon la salida a fondo de escala del sensor en el campo de milivoltios: 10, 4,7, 0.082. Valen la coma y el punto como marca decimal y los espacios se ignoran, así que un valor pegado de una tabla se convierte tal cual.

Divide la cifra en microvoltios entre tu LSB

El campo µV se actualiza mientras escribes. Divídelo entre el LSB de la tabla de abajo para obtener el recorrido en cuentas: 10 mV = 10.000 µV son 12,4 cuentas a 12 bits con 3,3 V, pero 198,6 cuentas a 16 bits.

Trabaja hacia atrás desde un código

Los dos campos son editables, así que puedes escribir un LSB como 50,4 en el lado µV y leer en cambio el equivalente en milivoltios. El botón Invertir unidades (↔) da la vuelta al sentido rotulado.

Copia el número limpio a tu cálculo de ganancia

Cada campo tiene su propio botón Copiar y copia solo los dígitos —sin unidad ni espacios de millar—, así que el valor entra limpio en una hoja de cálculo. Ctrl + C dentro del campo hace lo mismo.

Por debajo del microvoltio: el menú de unidades con buscador de cada lado cubre las 12 unidades de tensión, así que puedes bajar a nV o pV para una cifra de ruido. La salida lleva 8 decimales y pasa a notación científica por debajo de 1e-6.

Tamaño del LSB en microvoltios para resoluciones habituales de ADC

Cada cifra de abajo es V_ref ÷ 2ⁿ en microvoltios, para las tres referencias que más te encuentras en una placa de señal mixta.

Resolución	Niveles (2ⁿ)	1 LSB con 2,5 V	1 LSB con 3,3 V	1 LSB con 5,0 V
10 bits	1.024	2.441,4 µV	3.222,7 µV	4.882,8 µV
12 bits	4.096	610,4 µV	805,7 µV	1.220,7 µV
14 bits	16.384	152,6 µV	201,4 µV	305,2 µV
16 bits	65.536	38,1 µV	50,4 µV	76,3 µV
18 bits	262.144	9,54 µV	12,59 µV	19,07 µV
20 bits	1.048.576	2,384 µV	3,147 µV	4,768 µV
24 bits	16.777.216	0,149 µV	0,197 µV	0,298 µV

Dos definiciones en circulación: algunas hojas técnicas dan el LSB como FSR ÷ (2ⁿ − 1), o sea 805,9 µV en vez de 805,7 µV a 12 bits con 3,3 V, una diferencia del 0,02 %. Lo que sí importa: una entrada bipolar o diferencial que abarque ±V_ref duplica el rango de fondo de escala, así que un código vale el doble de microvoltios de lo que aquí se muestra.

Qué hace este conversor por ese flujo de trabajo

Rango dentro, microvoltios fuera al teclear

La cifra en microvoltios sigue cada pulsación, así que puedes barrer rangos candidatos contra un mismo LSB sin volver a lanzar nada.

Escribe un LSB y obtén el rango

Los dos campos aceptan entrada y el botón Invertir unidades cambia el sentido: justo lo que quieres cuando conoces el tamaño del código y no el equivalente en milivoltios.

Números lo bastante limpios para pegar

El botón Copiar de cada campo entrega solo dígitos, sin unidad ni agrupación de pantalla, así que una hoja de ganancia recibe un valor con el que puede calcular.

Legible hasta el suelo de ruido

Las 12 unidades de tensión a ambos lados, salida con 8 decimales y notación científica automática mantienen legibles las cifras de nivel nanovoltio. Todo funciona en tu navegador.

Preguntas sobre resolución y ganancia

¿Cuántos microvoltios vale un LSB en un ADC de 12 bits frente a uno de 16 bits?

Con referencia de 3,3 V, un código vale 805,7 µV a 12 bits (3,3 ÷ 4.096) y 50,4 µV a 16 bits (3,3 ÷ 65.536): un factor de 16 por cuatro bits más. Con 5 V la pareja pasa a 1.220,7 µV y 76,3 µV, así que la referencia importa tanto como el número de bits.

¿Qué ganancia necesito para que un rango de sensor de 10 mV llene una entrada de ADC de 3,3 V?

Divide los rangos en la misma unidad: 3,3 V son 3.300 mV, así que 3.300 ÷ 10 = 330 V/V para un ajuste exacto. Si dejas margen para el offset del amplificador, la tolerancia de la referencia y el sobrerrango del sensor, un valor estándar de 200 o 250 resulta más seguro. Con 330 se usan las 4.096 cuentas y cada una vale 10 mV ÷ 4.096 = 2,44 µV en la entrada; con 200 la señal cubre 2,0 V, unas 2.482 cuentas, o 4,03 µV por cuenta.

¿Por qué mi resolución efectiva (ENOB) es peor que los bits de la hoja técnica?

El número de bits describe el mapa de códigos; el ENOB describe lo que sobrevive al ruido y a la distorsión, y sale de la relación señal-ruido-y-distorsión medida: ENOB = (SINAD − 1,76) ÷ 6,02. Un convertidor de 16 bits especificado con 78 dB de SINAD da unos 12,7 bits efectivos, así que su escalón fiable con 3,3 V ronda los 510 µV, no los 50,4 µV ideales.

¿Sirven más bits de ADC si mi suelo de ruido ya es mayor que un LSB?

Solo hasta que el LSB baja por debajo del ruido. Con 30 µV eficaces de ruido referido a la entrada, el valor pico a pico ronda 6,6 × el eficaz, unos 198 µV: una resolución libre de ruido de 3,3 V ÷ 198 µV ≈ 16.700 escalones, cerca de 14 bits. Ahí pasar de 12 a 16 bits todavía ayuda; pasar de 16 a 24 no, porque los códigos de más solo reparten el ruido. A partir de ese punto la mejora viene de una ganancia más silenciosa, un ancho de banda más ajustado y una referencia mejor.

¿Cuánta resolución añaden el sobremuestreo y el promediado?

Promediar N muestras no correlacionadas reduce el ruido eficaz en √N: un bit más por cada sobremuestreo ×4. Un canal de 12 bits con 805,7 µV promediado ×16 se comporta como uno de 14 bits (unos 201 µV); ×256 alcanza el comportamiento de 16 bits, cerca de 50,4 µV, con una doscientas cincuenta y seisava parte del caudal de muestras. Necesita alrededor de 1 LSB pico a pico de ruido propio o añadido para funcionar, y nunca elimina el error de ganancia, el offset ni la no linealidad.

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