Conversion analogique numérique. Les systèmes d acquisition et de conversion de données réalisent l interface entre le monde naturel dont les paramètres suivent des lois physiques généralement continues et le monde virtuel des calculateurs qui travaillent en binaire. Les applications qui utilisent ce traitement sont diverses et de plus en plus nombreuses. Cette diversité explique la variété des convertisseurs utilisés. On peut dégager une caractéristique fondamentale des CA : les convertisseurs très précis sont lents, les convertisseurs rapides sont peu précis 1. Caractéristiques des Convertisseurs Analogiques umériques (CA). Résolution : la résolution du CA est définie par le nombre de bits utilisés pour le codage de l information. On peut aussi parler du quantum. Quantum : c est la valeur de la variation du signal d entrée en volts qui produit une variation d un bit de poids faible en sortie du convertisseur. Q 2 Plage de conversion : cette grandeur est aussi appelée «valeur pleine échelle», elle correspond à la valeur V ref. Temps de conversion : caractérise la rapidité du CA. Le temps de conversion permet de définir la fréquence de conversion en «échantillons par seconde» (ech/s). La précision : elle caractérise l erreur maximale entre la valeur affichée et la valeur vraie. Elle prend en compte les non linéarités, le décalage, 2. Différents types de convertisseurs Analogiques umériques Les convertisseurs à intégration ou convertisseur à rampe : o CA simple rampe Le principe consiste à comparer la tension analogique à convertir avec une tension croissant linéairement (une rampe de tension). Tant que la tension analogique d entrée est supérieure à la tension «rampe» on incrémente un compteur qui est arrêté lorsque la valeur de la tension rampe est égale à la tension analogique d entrée, la valeur indiquée par le compteur est représentative de la valeur de la tension analogique. Page 1 sur 5
Structure CA simple rampe VBAT 2 Ve IR2 R2 C ( V V ) IR2 S e Avec période de l horloge o CA double rampe Le principe consiste à charger le condensateur par la tension analogique à mesurer pendant un temps T contant, puis à décharger le condensateur en utilisant une tension de référence V ref de valeur constante et de signe opposé à la tension analogique à mesurer. Pendant le temps T le compteur enregistre impulsions d horloge, pout la décharge à tension constante, le compteur enregistre 1 impulsions d horloge. En utilisant la même approche que pour le convertisseur simple rampe on montre que : 1 Vanalogique Remarque : la mesure est indépendante de la valeur des composants R et C utilisés. Page 2 sur 5
Structure CA double rampe : CA à rampe numérique Ce dispositif compare la tension analogique à mesurer à une tension élaborée à partir de la conversion numérique analogique du mot binaire obtenu à la sortie du compteur qui est incrémenté tant que la tension convertie est inférieure à la tension analogique à mesurer. Structure CA à rampe numérique Page 3 sur 5
Can à approximations successives Pour ce dispositif on compare la tension analogique à mesurer à la sortie d un convertisseur numérique analogique sur les entrées duquel on applique successivement des poids de plus en plus faibles. Lorsque le bit ajouté provoque le dépassement de la tension analogique à mesurer on remet ce bit à zéro et on passe au bit de poids immédiatement inférieur, dans le cas contraire on garde ce bit à un et on passe au bit de poids immédiatement inférieur. Pour un convertisseur sur bits il faut coups d horloge pour obtenir la valeur numérique de la tension analogique en entrée. Structure CA à approximations successives Page 4 sur 5
Can flash On compare la tension analogique avec simultanément 2 n 1 tensions de références, n étant le nombre de bits du convertisseur. Les comparateurs construits à partir d amplificateurs intégrés linéaires sont des structures non inverseuses et basculent lorsque la tension analogique d entrée est supérieure à leur tension de référence. Une structure logique combinatoire prend en compte les sorties et génère le mot binaire représentatif de la valeur de la tension analogique en entrée. Structure CA flash Cette structure est étudiée en TP Can série parallèle Cette structure est constituée à partir de la mise en cascade de plusieurs blocs de convertisseurs flash de faible résolution. Le premier bloc réalise la conversion des bits de poids fort. On applique ces bits à l entrée d un convertisseur numérique analogique et on retranche du signal analogique d entrée le signal de sortie du convertisseur numérique analogique. Le résultat de cette opération est appliqué à l entrée du second bloc qui réalise la conversion des bits suivants et ainsi de suite jusqu aux bits de poids faible. Structure CA flash (on utilise par exemple le bloc convertisseur flash précédent). Page 5 sur 5