sommaire page ) Erreur de décalage,de gain, de linéarité page ) VALEUR MAXIMALE DE V CONVERTIBLE page 4

Transcription

1 LS CONRTISSURS CAN 1 sommaire 1 ) PRINCIPALS CARACTRISTIQUS DU CAN page 1.1 ) NOMBR D BITS DU CAN page 1. ) COURB D TRANSFRT IDAL DU CAN page 1.3 ) COURB D TRANSFRT RLL page ) rreur de quatificatio δ D page 1.3. ) rreur de décalage,de gai, de liéarité page ) ALUR MAXIMAL D CONRTIBL page ) RSOLUTION DU CAN: r page ) PRCISION page ) TMPS D CONRSION page 4 ) L CAN DOUBL RAMP page 5.1 ) SCHMA FONCTIONNL page 5. ) SCHMA STRUCTURL SIMPLIFI page 5.3 ) FONCTIONNMNT page 6.4 ) CONCLUSION page 6.5 ) CHRONOGRAMMS page 7.6 ) CALCUL DS LMNTS XTRIURS page 8 3 ) L CAN A APPROXIMATIONS SUCCSSIS page 9 (OU PSS SUCCSSIS ) 3.1 ) SCHMA FONCTIONNL page 9 3. ) ALGORITHM page ) SCHMA STRUCTURL D UN CAN 8 BITS page ) RMARQUS page ) XMPL D CONRSION page 11 4 ) CAN COMMAND PAR µp page ) CONDITIONS MINIMALS D COMPATIBILIT page 1 4. ) SCHMA TYP D'INTRCONNXION page 1 5 ) CAN PARALLL OU FLASH page 13 6 ) CAN SIGMA-DLTA page 15 7 ) CONRTISSUR TNSION-FRQUNC page 16

2 LS CONRTISSURS CAN 1 ) PRINCIPALS CARACTRISTIQUS DU CAN 1.1 ) NOMBR D BITS DU CAN N : ombre biaire de bits représetatif de l'iformatio aalogique d'etrée ( quartet, octet, etc.. ) 1. ) COURB D TRANSFRT IDAL DU CAN l'iformatio aalogique d'etrée est covertie e u mot umérique N tel que = N q q est appelé le quatum. C'est l'icrémet miimum de la tesio aalogique provoquat l'augmetatio d'u LSB de l'iformatio umérique N. xemple : CAN 3 bits 1.3 ) COURB D TRANSFRT RL ) rreur de quatificatio δ D lle est ihérete au procédé.

3 xemple : CAN 4 bits LS CONRTISSURS CAN 3 = N q + δ D L'erreur δ D de quatificatio est q q comprise etre et ) rreur de décalage,de gai, de liéarité: Cf cours sur les CNA. Ces erreurs etraiet ue erreur globale sur la coversio appelée δ A. = N q + δ + δ D A

4 LS CONRTISSURS CAN ) ALUR MAXIMAL D CONRTIBL Pour u CAN de bits, = N 1 doc = ( 1) q 1.5 ) RSOLUTION DU CAN: r max max r = valeur mii de valeur maxi de covertible covertible 1 r = lle est exprimée e % ) PRCISION Le costructeur e doe pas la précisio du CAN. Il e spécifie que l'erreur e LSB par rapport à la valeur théorique N ) 1.7 ) TMPS D CONRSION C'est le temps miimum pedat lequel la tesio doit être appliquée au CAN pour qu'elle soit covertie umériquemet ( foctio de la fréquece de l'horloge du CAN )

5 ) L CAN DOUBL RAMP LS CONRTISSURS CAN 5.1 ) SCHMA FONCTIONNL. ) SCHMA STRUCTURL SIMPLIFI CO : Carry Out : sigal de dépassemet (reteue ) C : Cout able : validatio de comptage CK : sigal d horloge f H : fréquece du sigal d horloge : f H 1 =. T et RF sot de sige cotraire. capacité maximale de comptage ( 0 N = 1 ) MAX H

6 .3 ) FONCTIONNMNT a ) Phase d auto zéro LS CONRTISSURS CAN 6 Ue actio fugitive sur l iterrupteur Début provoque Ue fermeture fugitive de K1 ( remise à zéro de S ). Ue remise à zéro du compteur. Ue remise à zéro de CO doc la fermeture de K sur. Ue validatio de l horloge. b ) Phase d itégratio de La capacité se charge pedat que le compteur eregistre les impulsios d horloge. A la ième impulsio ( N MAX + 1 ), la sortie CO passe à 1, provoquat la fermeture de K sur RF. c ) Phase d itégratio de RF La capacité se décharge jusqu à ce que S atteige 0. A ce momet, la sortie du comparateur passe à 1, ihibat les impulsios d horloge. A partir de ce momet, le sytème reviet à la phase d auto zéro.4 ) CONCLUSION La tesio est itégrée pedat u temps t 1 = costate = TH La tesio RF est itégrée pedat u temps t = N X TH avec N X = ombre d impulsios comptées ). Les variatios de S état les mêmes durat les temps t 1 et t, alors t ( t ) 1 S 1 = R C et RF t S ( t ) = 0 = S ( t1) R C doc t1 = RF t mais RF < 0 t égligeat les siges, o obtiet = d où N X = t Itérêt : 1 N X est idépedat de la stabilité de la référece de temps T H. Icovéiet : le temps de coversio est importat ( deux itégratios ) RF RF

7 .5 ) CHRONOGRAMMS LS CONRTISSURS CAN 7

8 .6 ) CALCUL DS LMNTS XTRIURS LS CONRTISSURS CAN 8 a ) Fréquece d horloge f H Le choix de f H est foctio de la fréquece de coversio désirée. Le costructeur doe la fréquece f H typique. b ) lémets R et C de l itégrateur I R >> I doc R < RMAX C doe le maximum de dyamique e sortie de l itégrateur. Le costructeur doe C TYP et R TYP e foctio de la plage de tesio de RF. c ) Tesio de référece RF lle permet de défiir la valeur du quatum xemple : 0 < < CAN 8 bits RF = Pour =, N = = 1 MAX X N MAX doc RF = MAX = N d ) Temps de coversio T C X RF Pour N X = 1, q = = = q = 7, 81m 56 T C est le temps écessaire pour accomplir les trois phases. Approximatio : T T doc T = qq µs C H C

9 LS CONRTISSURS CAN 3 ) L CAN A APPROXIMATIONS SUCCSSIS (OU PSS SUCCSSIS ) ) SCHMA FONCTIONNL DC : début de coversio FC : fi de coversio La valeur de est comparée à celle de S CNA qui varie selo u programme préétabli dépedat du sige de la différece. S CNA 3. ) ALGORITHM

10 3.3 ) SCHMA STRUCTURL D UN CAN 8 BITS LS CONRTISSURS CAN 10 DC : Début de coversio Q 8 FC : Fi de coversio 3.4 ) RMARQUS a ) La coversio est effectuée e impulsios d'horloge pour u CAN à bits d'où u temps de coversio très faible ( qq µs ) a 1 a a0 b ) sortie du CNA S = RF [ ] CNA 1 c ) O peut estimer qu'à la fi de la coversio, = S CNA d'où or N = a a +... a1 + a0 N = RF doc N = RF

11 3.5 ) XMPL D CONRSION LS CONRTISSURS CAN 11 Doées : = 1, 63 RF =, 56 = 8 Pour chaque impulsio d'horloge ( d'idice i ), répodre aux questios suivates frot motat de H R i =...( 1/0 ) R =... ( 1/0 ) frot descedat de H i 1 Q passe à... ( 1/0 ) i =... S CNA =... ( 1/0 ) S CMP Reset de la bascule i ( actif/iactif ) aleur coservée de a i ( 1/0 ) i Ri R i-1 Q i s CNA s CMP Reset i a 8-i

12 4 ) CAN COMMAND PAR µp LS CONRTISSURS CAN ) CONDITIONS MINIMALS D COMPATIBILIT a ) WR ( Work Ready ) : etrée CAN de commade de début de coversio ( µp --> CAN ) : prêt à travailler b ) INT ( Iterrupt ) :sortie CAN d'idicatio de fi de coversio ( CAN --> µp ) : Iterruptio c ) RD ( Read Data ) : etrée de commade de déverrouillage des verrous iteres de sortie ( µp --> CAN ) : Lecture des doées d ) C ( Chip able ) : etrée de validatio de boitier 4. ) SCHMA TYP D'INTRCONNXION

13 5 ) CAN PARALLL OU FLASH LS CONRTISSURS CAN 13 Ue chaîe de + 1 résistaces détermie u écheloemet de q comprises etre MIN et MAX ( sauf pour la première, qui est distate de ). valeurs distates de q Chaque valeur est appliquée à l'ue des etrées des comparateurs. Le potetiel e est appliqué sur la deuxième etrée de chaque comparateur et tous les comparateurs correspodat à des iveaux iférieurs ou égaux à basculet simultaémet. Le codage est esuite effectué istataémet par u décodeur. Icovéiet: il faut 56 comparateurs pour 8 bits. Avatage: très grade vitesse de coversio. xemple : CAN bits

14 CAN FLASH PIPLIND LS CONRTISSURS CAN 14 L icovéiet du CAN Flash est le ombre élevé de comparateurs écessaire (104 pour u CAN 10 bits). Les covertisseurs PIPLIND se présetet comme des Flash 1 bit mis e cascade (comparaiso à mi-échelle), la comparaiso suivate s effectuat sur la moitié restat à idetifier. Chaque étage effectue les opératios suivates : Si ( mi-échelle) alors Bit 1 ( mi-échelle) Sio Bit 0 La coversio est termiée lorsque le derier bit a été estimé. Le résultat fial est aisi dispoible avec u retard foctio du ombre d étages à traverser. Puis, à chaque coup d horloge, ue ouvelle mesure est fourie par le CAN, toujours avec le même retard par rapport à l acquisitio iitiale. xemple : Natioal Semicoductor ADC bits 10 MSPS

15 6 ) CAN SIGMA-DLTA LS CONRTISSURS CAN 15 Ces covertisseurs permettet jusqu à 4 bits de résolutio pour des sigaux basse fréquece (< 40 KHz). Pricipe : Lorsque la tesio (i + ref) est appliquée sur l etrée de l itégrateur, sa sortie augmete jusqu à atteidre la limite haute du comparateur à feêtre. La sortie biaire bascule alors de 0 vers 1. La tesio (i ref) est appliquée sur l etrée de l itégrateur, jusqu à atteidre la limite basse du comparateur à feêtre. La sortie biaire bascule de 1 vers 0. Loi de l itégrateur : out = 1 Ti v dt = 1 t avec Ti : costate d itégratio, tesio Ti costate, t temps Phase de croissace : = 1 (i + ref) (T- αt) [α est la proportio de 1 das le résultat] Ti Phase de décroissace : = 1 (i ref) αt Ti Bila : (i + ref) (T- αt) = (i ref) αt d où i ref = α 1 Résultat : la mesure de la tesio d etrée i est directemet liée à la proportio de 1 das le flot biaire issu du comparateur. La quatité moyee de 1 est esuite calculée par le filtre digital.

16 LS CONRTISSURS CAN 16 7 ) CONRTISSUR TNSION-FRQUNC La tesio (basse fréquece) d etrée est covertie e u sigal biaire de fréquece proportioelle à la tesio d etrée. Itérêt : la fréquece du sigal de sortie sera mesurée par le microcotrôleur. xemples : LM331 Aalog Device (voir Mémotech)

17 LS CONRTISSURS CAN 17 Covertisseur Sigma Delta [modifier] Ce type de covertisseur est basé sur le pricipe du suréchatilloage d'u sigal d'etrée. U comparateur est e gééral utilisé pour covertir sur u bit (c'est-à-dire 0 ou 1) la différece (delta) etre le sigal d'etrée et le résultat de la coversio (0=plus petit, 1=plus grad). Le résultat de la comparaiso est alors etré das u filtre appelé le décimateur, qui somme (sigma) les échatillos du sigal d'etrée. Cela reviet à calculer l'itégrale de la différece etre l'etrée et la sortie. Cela crée u système asservi (la sortie est rebouclée sur l'etrée) qui fait osciller la valeur de l'itégrale du sigal à covertir autour d'ue valeur de référece (le résultat de la coversio). La sortie umérique du comparateur est sur 1 bit à haute fréquece (la fréquece d'échatilloage), qui est filtrée par le décimateur qui augmete le ombre de bits e réduisat la pseudo fréquece d'échatilloage. L'itérêt de ce gere de covertisseur réside das sa grade résolutio de sortie possible (16, 4, 3, 64 bits voir plus) pour des sigaux d'etrée avec ue bade passate modérée. Ces covertisseurs sot très adaptés à la coversio de sigaux aalogiques issus de capteurs dot la bade passate est souvet faible (par exemple les sigaux audio). Les covertisseurs Sigma/Delta sot, par exemple, utilisés das les lecteurs de CD.