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samedi 21 septembre 2019

Cours de Conversion analogique-numérique et numérique-analogique



Définition Un convertisseur numérique - analogique permet de traduire une information numérique (binaire) en une information analogique, c'est à dire en une grandeur physique (courant, tension...).
cna
 Principe de fonctionnement 
principe

calcul
animation flash

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a0, a1, a2, a3 sont des coefficients pouvant prendre les valeurs 1 ou 0
par exemple, si le contact a3 est fermé: a3 = 1

 Application numérique Soit le nombre binaire N% = a3 a2 a1 a0, R = R' = 10 komega , Vref = +8v
L'amplificateur opérationnel est tel que: +Vs(sat) = +15v et -Vs(sat) = -15v
N% = 0000 (a3, a2, a1, a0 ouverts) donc Vs = 0v
N% = 0001 (a0 fermé) donc Vs = -1v
N% = 1111 (a3, a2, a1, a0 fermés) donc Vs = -15v

 Spécifications techniques La plupart des C.N.A. sont commercialisés sous forme de circuits intégrés
- Résolution: elle est exprimée en % de la pleine échelle ou en nombre de bits
- Précision: on distingue deux types d'erreurs:
    - erreur pleine échelle: écart maximal entre la valeur de sortie et la valeur idéale
    - erreur de linéarité: écart maximal entre le pas de progression réel et le pas de progression idéal
- Temps d'établissement: temps que met la sortie pour passer de 0 à la valeur " pleine échelle " (entre 50ns et 10µs), les convertisseurs à sortie " courant " étant généralement plus rapides que les convertisseurs à sortie " tension "
- Tension de décalage: tension de sortie présente lorsque les entrées binaires sont à zéro

 CARACTÉRISTIQUE DE TRANSFERT 
Exemple d'un C.N.A. 4 bits   
transfert

 Réseau R - 2R 
  r2r
Le commun des commutateurs a3, a2, a1 et a0 est toujours la masse, ceci quelle que soit la position des commutateurs
calcul

Définition Un convertisseur analogique - numérique transforme une grandeur physique (tension, courant) en une valeur numérique
Généralement, il possède:
- une entrée " début de conversion " qui permet de démarrer la conversion (Start)
- une sortie " fin de conversion " qui indique que la conversion est terminée (End)
- une entrée analogique (courant ou tension)
- plusieurs sorties numériques, dont le nombre est fonction de la résolution
can
Il existe différentes technologies:
- rampe numérique
- rampe analogique
- approximations successives
- parallèle

 Principe de fonctionnement d'un convertisseur à rampe analogique 
rampe 
Une impulsion " Start " remet à zéro le compteur et décharge le condensateur
Vs croît linéairement
Lorsque Vs > Vx, le comparateur bascule: la sortie " End " passe à zéro
Le compteur se bloque à la valeur numérique correspondant à la grandeur Vx
équation     Vs
Ce type de convertisseur nécessite un étalonnage fréquent car les valeurs de R et C se modifient au cours du temps (vieillissement des composants)

 Principe d'un convertisseur à rampe numérique 
numérique 

L'impulsion " Start " (niveau haut) met à zéro le compteur et bloque la porte " ET "
La tension de sortie V' du C.N.A. est nulle
La sortie " End " est au niveau haut
Lorsque " Start " retrouve l'état bas, la porte " ET " est validée, le signal d'horloge arrive au compteur qui s'incrémente et fait évoluer la sortie du C.N.A. par bonds successifs de la valeur de la résolution
Quand V' > Vx, la sortie du comparateur passe au niveau bas (End) et bloque le compteur à la valeur numérique représentant Vx
chronogramme

 Principe d'un convertisseur par approximations successives Ce type de C.A.N. a un temps de conversion beaucoup plus court
De plus la durée de la conversion est fixe, quelle que soit la valeur de la grandeur analogique d'entrée
 approximation
Un ordre de " Start " remet à zéro le compteur et autorise l'horloge par enclenchement de la bascule RS
Le compteur s'incrémente sur chaque front actif de l'horloge
Dans l'exemple ci-dessous, Vx passe de 2v à 5v
La première ligne du tableau correspond à la conversion précédente
On suppose la "pleine échelle" égale à 7v
Vx
Start
Horloge
EndValid
Compt2exp0
Compt2exp1
Compt2exp2
Décodeur
CNA2exp0
CNA2exp1
CNA2exp2
Vs
Y
Tampon2exp0
Tampon2exp1
Tampon2exp2
2v
0
inactive
1
1
1
0
6
0
1
0
2v
1
0
1
0
5v
0
inactive
1
1
1
0
6
0
1
0
2v
1
0
1
0
5v
1
inactive
0
0
0
0
0
0
1
0
2v
1
0
1
0
5v
0
1 impul
0
0
0
1
1
0
0
0
0v
1
0
1
0
5v
0
2 impul
0
0
1
0
2
1
0
0
4v
1
0
1
0
5v
0
3 impul
0
0
1
1
3
1
1
0
6v
0
0
1
0
5v
0
4 impul
0
1
0
0
4
1
0
1
5v
1
0
1
0
5v
0
5 impul
0
1
0
1
5
1
0
1
5v
1
0
1
0
5v
0
6 impul
1
1
1
0
6
1
0
1
5v
1
1
0
1
5v
0
inactive
1
1
1
0
6
1
0
1
5v
1
1
0
1

 Principe d'un convertisseur parallèle C'est le plus rapide
Il contient un très grand nombre de circuits, ce qui explique son prix plus élevé
Il y a 2n-1 comparateurs, n étant le nombre de bits du convertisseur
Dans l'exemple ci-dessous, il y a 7 comparateurs pour un convertisseur 3 bits
parallèle
VeC1C2C3C4C5C6C7D2D1D0
Ve < 1v1111111000
1v< Ve< 2v0111111001
2v< Ve< 3v0011111010
3v< Ve< 4v0001111011
4v< Ve< 5v0000111100
5v< Ve< 6v0000011101
6v< Ve< 7v0000001110
Ve > 7v0000000111



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