Conversion Analogique Numérique

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1 Sysèmes Numériques CAN Classe : TSTI2D S.I.N Conversion Analogique Numérique Pourquoi converir? De nos jours, nous uilisons énormémen d'appareils numériques pour la facilié de sockage e de raiemen. Les signaux analogiques issus des phénomènes physiques doiven donc êre converi avan leur uilisaion. La conversion analogique numérique c'es quoi? La conversion analogique numérique c'es le passage d'une grandeur physique coninue ( analogique ) à une succession de données numériques qui la représene.

2 Concrèemen ça se passe commen? (Influence N e F => fichiers audio)

3 La loi de Shannon (Ingénieur / Chercheur ) : Pour numériser correcemen un signal de fréquence maximale f il fau que la fréquence d'échanillonnage fe soi elle que : fe > 2xfmax Les méhodes de conversion analogique numérique : Converisseur à simple rampe : Un compeur numérique es lancé en débu de conversion en même emps qu'un rampe. GENEATEU DE AMPE comparaeur =K. H HOLOGE SEQUENCEU AZg Hc AZc N COMPTEU SoC= Sar of Conversion EoC= End of Conversion COMPTE 1 AZg AZc Hc 1 TH K 1 SoC EoC N Lorsque la rampe aein à la dae 1, le comparaeur envoie un ordre de blocage à un compeur. Les sories du compeur son alors l'image numérique de : = K.1 e 1 = N.TH donc = K.TH. N SoC Inconvéniens : emps de conversion variable. La précision de la conversion dépend de la précision de l'horloge.

4 Converisseur à double rampe : N V Vref COMPTEU =K.V. comparaeur GENEATEU DE AMPE H HOLOGE Hc SEQUENCEU 1 Hc 1 K. TH 1 K.Vref 2 SoC 12...N2 COMPTE N1 EoC N2=.N1/ Vref On remarque que : La précision de la conversion ne dépend plus que de Vref (les erreurs sur la fréquence d horloge e sur la pene de l inégraeur n on plus d influence) La durée 2 varie avec la valeur de. Converisseur Flash : Vref=8V 7V 6V 5V 4V 3V 2V 1V G F E D C B A L O G I Q U E S2 S1 S G F E D C B A S2 S1 S V < < 1V 1V < < 2V 1 1 2V < < 3V V < < 4V V < < 5V V < < 6V V < < 7V V < < 8V CONVETISSEU FLASH 3 BITS Un ensemble de comparaeurs, servan à comparer la grandeur analogique d enrée à l échelle de référence, qui correspond aux différens paliers de quanificaion. Le emps de conversion n es limié que par le emps de propagaion des comparaeurs e des circuis ( quelques ns ).

5 Converisseur à approximaions successives : Vou Vref CNA comparaeur & D7 S.A. D N H HOLOGE La conversion se fai par comparaison enre la valeur à converir e la donnée de comparaison délivrée par le converisseur numérique analogique VOUT. Converisseur DelaSigma : horloge échanillonneur bloqueur comparaeur () Enrée i() H Err # ErrM Sorie Y() d ONE BIT ADC inégraeur La méhode de conversion repose sur le principe de modulaion die " modulaion dela". Il s'agi de coder, non pas le signal direcemen, mais l'écar enre deux échanillons successifs. Ce écar x() x i () es codé sur un bi par un converisseur rès simple, composé d'un échanillonneurbloqueur e d'un comparaeur. Le signal y() à la sorie de ce dernier es binaire e représene l'augmenaion ou la diminuion du signal d'enrée sur un bi. Le signal d'enrée es reconsiué par simple inégraion, on obien ainsi une image de l'échanillon précéden, x i (). Le résula N de la conversion peu êre obenu au moyen d un compeur commandé par une horloge fixe e don l enrée d incrémenaion/décrémenaion es commandée par Y()

6 Comparaison des converisseurs : ésoluion : La résoluion (ou quanum) es la plus peie variaion du signal d enrée décelée par le converisseur. Elle es déerminée par le nombre de bis n du converisseur e la ension pleine échelle (VFS : Volage Full Scale range). Cee ension dépend de la valeur de Vref qui es une donnée consruceur: VFS Vref Vref q n n 2 2

7 Imperfecion des CAN : précision erreur d'offse erreur de linéarié erreur de gain...

8 Exercices : Exercice 1 : numérisaion d'un signal On désire numériser le signal vocal suivan, don l ampliude es comprise enre 8 vols e 8 vols. Ce signal es préalablemen filré par un filre passe bas idéal de fréquence de coupure fc = 1 khz. La quanificaion es effecuée sur 8 bis. 1. Proposer une valeur pour la fréquence d échanillonnage, e représener les échanillons prélevés sur le signal analogique. 2KHz 1 échanillon oues les 5µs 2. Quel es le volume du fichier correspondan à 5 secondes de ce signal? 8x2x5 = 8 bis soi 1 oces soi 97,6 ko 3. Quel es le pas de quanificaion ou quanum? 16Vols/2 8 =,625 =62,5mV 4. Quelle es la valeur maximale du brui de quanificaion? Q/2 = 31,25mV

9 Exercice 2 : un CAN de 8 bis a une ension pleine échelle de 5V. Déerminer le quanum. Q=(5)/2 8 = 19,53mV Exercice 3 : calculer la ension de d'enrée d un CAN pour une sorie N=11, sachan que le quanum es de,2v. U=Nx,2=9*,2=1,8V Exercice 4 Le CAN d'enrée d'une care d'acquisiion possède l es caracérisiques suivanes : Gamme à 5,12V e 1 bis. Quelle es la valeur numérique maximale Nmax de sorie de ce CAN? Quelle es sa ension pleine échelle? Quelle es sa résoluion? Nmax= 123 ; Up= 5,12 V ; r = 5, mv. Exercice 5 : Pour l'équipemen des salles de chimie du lycée, on a besoin de cares d'acquisiion pouvan mesurer des ensions allan de à 4,5V à 1mV près. Le modèle le moins cher rouvé dans le commerce conien un CAN 8 bis de calibre 5, V. Déerminer sa résoluion. Ce modèle correspondaiil aux spécificaions? En ayan la même gamme, combien le CAN devraiil au minimum avoir de digis pour que sa précision soi suffisane? Nmax= 255 ; Up= 5, V d où la résoluion : r = 19,6 mv. ésoluion insuffisane car elle doi êre inférieure à1 mv. Il faudrai 9 digis : Nmax= 511 amène alors r = 9,8 mv. Exercice 6 Un mulimère numérique conien un CAN 16 digis. Quelle es la valeur numérique de sorie maximale de ce CAN? Calculer la résoluion du CAN quand il es uilisé sur la gamme 2V / 2V (calibre 2V du mulimère). Nmax= = Sur une gamme (Up/2) _ (Up/2) = 2 V _ 2 V r = 2.(Up/2)/Nmax =,61 mv.