¿Qué valores toman o adquieren las señales analógicas y digitales al ser utilizadas?

En el mundo de la electrónica y las telecomunicaciones, las señales no son sólo formas de transmitir información: son la base de toda interacción entre dispositivos, sistemas y usuarios. Para comprender mejor su funcionamiento, es fundamental conocer qué tipo de valores representan o adquieren estas señales durante su uso en aplicaciones reales.

Las señales analógicas y digitales funcionan de maneras diferentes. Una señal analógica se caracteriza por variar de forma continua en el tiempo, pudiendo representar infinidad de valores dentro de un rango determinado. En cambio, la señal digital sólo puede tomar valores discretos , comúnmente 0 y 1 , lo que permite su uso eficiente en sistemas computacionales, de almacenamiento y de transmisión digital.

Esta diferencia en los valores que adquieren tiene implicaciones claves en la precisión , velocidad , calidad y costo de los sistemas electrónicos. A lo largo de esta entrada, exploraremos con más detalle cómo se comportan estos dos tipos de señales, qué valores toman en diferentes contextos y por qué es tan importante entender esta diferencia cuando hablamos de diseño de circuitos, procesamiento de datos o comunicación entre dispositivos.

Señales digitales - Valores discretos

Valores lógicos básicos:

• Estado "1" (ALTO) : típicamente +5 V, +3,3 V, +1,8 V o +1,2 V
• Estado "0" (BAJO) : típicamente 0 V (tierra/GND)

Rangos de voltaje por tecnología:

TTL (lógica transistor-transistor):

• VIH (Entrada alta): ≥ 2,0 V se interpreta como "1"
• VIL (Entrada baja): ≤ 0,8 V se interpreta como "0"
• VOH (Salida alta): ≥ 2,4 V garantizados para "1"
• VOL (Salida baja): ≤ 0,4 V garantizado para "0"

CMOS 5 V:

• VIH: ≥ 3,5 V se interpreta como "1"
• VIL: ≤ 1,5 V se interpreta como "0"
• VOH: ≥ 4,44 V garantizado para "1"
• VOL: ≤ 0,33 V garantizado para "0"

CMOS 3,3 V (muy común hoy en día):

• VIH: ≥ 2,0 V se interpreta como "1"
• VIL: ≤ 1,0 V se interpreta como "0"
• VOH: ≥ 2,4 V garantizados para "1"
• VOL: ≤ 0,4 V garantizado para "0"

Tecnologías modernas (1,8 V, 1,2 V):

• Los valores se reducen proporcionalmente.
• Ejemplo 1,8 V: "1" = ~1,2-1,8 V, "0" = 0-0,6 V

Señales analógicas - Valores continuos

Rangos de voltaje típicos:

Instrumentación Industrial:

• 0-10 V : estándar muy común para sensores industriales
• ±10 V : para señales bipolares (-10 V a +10 V)
• 0-5 V : común en sistemas integrados y microcontroladores
• ±5 V : para aplicaciones de audio y amplificadores operacionales

Corriente analógica industrial:

• 4-20 mA : estándar mundial para instrumentación
  • 4 mA = 0% de la escala
  • 20 mA = 100% de la escala
  • Ejemplo: sensor de temperatura 0-100°C
    • 4 mA = 0 °C
    • 12 mA = 50 °C
    • 20 mA = 100 °C

Audio profesional:

• Línea : ±1,23 V (4 dBu) o ±0,316 V (-10 dBV)
• Micrófono : unos pocos milivoltios hasta ~1 V
• Altavoces : Desde milivoltios hasta decenas de voltios

Ejemplos prácticos de valores:

Sensor de temperatura analógico (LM35):

• Salida: 10 mV por °C
• A 25°C = 250 mV (0,25 V)
• A 100°C = 1000 mV (1,0 V)

Sensor de presión:

• Rango: 1-5 V para 0-100 PSI
• 0 PSI = 1 V
• 50 PSI = 3 V
• 100 PSI = 5 V

Diferencias clave en el uso

Señales digitales:

• Sólo se pueden interpretar como “1” o “0”
• Cualquier voltaje dentro del rango ALTO se considera "1"
• Cualquier voltaje dentro del rango BAJO se considera "0"
• Los valores intermedios no son válidos o provocan estados indefinidos

Señales analógicas:

• Cada valor de voltaje tiene un significado específico
• 2,5 V es diferente de 2,6 V: ambos llevan información diferente
• La resolución está limitada únicamente por el ruido y la precisión del sistema.
• Requieren que la conversión ADC se procese digitalmente

Ejemplo comparativo:

• Digital : Un termostato que solo reconoce "frío" (0 V) o "caliente" (5 V)
• Analógico : Un termómetro que puede indicar 23,7°C, 23,8°C, 23,9°C, etc.

Factores que afectan los valores:

• Temperatura : Puedes modificar los umbrales en sistemas digitales
• Envejecimiento : Los componentes cambian sus características.
• Ruido : puede provocar que las señales digitales se malinterpreten.
• Impedancia de carga : afecta los niveles de voltaje reales

La elección entre utilizar valores analógicos o digitales específicos depende de la aplicación, el consumo de energía deseado, la velocidad requerida y la compatibilidad con otros componentes del sistema.