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...).
Principe de fonctionnement
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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
par exemple, si le contact a3 est fermé: a3 = 1
Application numérique Soit le nombre binaire N% = a3 a2 a1 a0, R = R' = 10 k
, Vref = +8vL'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
Réseau R - 2R
Le commun des commutateurs a3, a2, a1 et a0 est toujours la masse, ceci quelle que soit la position des commutateurs
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
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
Il existe différentes technologies:
- rampe numérique
- rampe analogique
- approximations successives
- parallèle
- rampe numérique
- rampe analogique
- approximations successives
- parallèle
Principe de fonctionnement d'un convertisseur à rampe analogique
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
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
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
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
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
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
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
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
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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...).
Principe de fonctionnement
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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
par exemple, si le contact a3 est fermé: a3 = 1
Application numérique Soit le nombre binaire N% = a3 a2 a1 a0, R = R' = 10 k
, Vref = +8vL'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
Réseau R - 2R
Le commun des commutateurs a3, a2, a1 et a0 est toujours la masse, ceci quelle que soit la position des commutateurs
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
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
Il existe différentes technologies:
- rampe numérique
- rampe analogique
- approximations successives
- parallèle
- rampe numérique
- rampe analogique
- approximations successives
- parallèle
Principe de fonctionnement d'un convertisseur à rampe analogique
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
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
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
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
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
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
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
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
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