ISTS 2ème Année Electronique Générale Convertisseur Numérique/Analogique (C. N. A. ) et Convertisseur Analogique/Numérique (C. A. N. ) l- Introduction En électronique, un signal électrique est le plus souvent porteur d’une information. Il existe deux types de signaux électriques : Le signal analogique, dont la grandeur représentative à un instant donné est un – Le signal numériqu on sentative à un or 11 instant donné est un ale- Sni* to View binaire.
Il est indispensable p mes technique de pouvoir transformer un signal analogique en valeur numérique et réciproquement. Exemple : L’ordinateur assurant le pilotage automatique d’un avion a besoin de données telles que altitude, pression, vitesse, température extérieure etc. Ces données sont mesurées par des capteurs délivrant des grandeurs analogiques représentatives des informations attendues (tensions). Ces informations doivent être converties en valeurs numériques afin de pouvoir être traitées par l’ordinateur.
Nécessité d’une fonction ‘Conversion Analogique/Numérique’. Numérique/Analogique (CNA) : 1) Définition : Le convertisseur Numérique/Analogique (abrégé CNA) est un dispositif électronlque généralement un circuit intégré) permettant d’obtenir en sortie une tension dont la valeur est représentative du mot binaire présenté en entrée. 2) Symbole d’un CNA 4 bits Al ‘entrée N est une valeur numérique binaire comprise entre 0(10) et 15(10) (0000(2) et
SAMAMA page 1 sur 9 PAG » 1 Tension pleine échelle : On appelle ‘Tension pleine échelle’ d’un CNA la tension maximale que peut prendre la sortie. Cette tension pleine échelle est obtenue en appliquant à l’entrée u CNA la valeur numérique la plus grande, c’est-à-dire lorsque tous les bits d’entrée sont au niveau logique haut. En théorie (CNA idéal) la tension pleine échelle est égale à la tension de référence, mais dans la réalité (CNA réel), la tension pleine échelle est le plus souvent inférieure à la tension de référence.
Elle est fixée à la fabrication du composant et est donnée dans la caractérlstique technique du constructeur. Exemple • vs pour VRef lov et N- 15 (AO=AI on a : pour un CNA idéal : VS- lov Pour un CNA réel : VS = (Selon doc) VRef 4) Résolution d’un CNA : PAGF30F11 convertisseur 3 bits avec VRef – La valeur du quantum dépend de la tension de référence VRef et du nombre de bits n du convertisseur qui détermine le nombre de possibilités. 10 Dans cet exemple, Q = Ref – 7 Q 1,428V 5) Temps de conversion C’est le temps séparant le début d’un cycle de conversion et la disponibilité de la tension résultante en sortie. ) Calcul de la tension de sortie d’un CNA . Il s’agit de déterminer la valeur de la tension de sortie Vs en fonction de la valeur binaire N appliquée à l’entrée associée à la valeur décimale (N)IO. On a VS = ) Représentation des variations de la tension de sortie VS en fonction de la valeur num PAGFd0F11 Numérique/Analogique 1) Introduction : Les technologies des CNA sont, comme tous les composants électroniques, en perpétuelle évolution.
A titre d’exemple, citons quelques principes de fonctionnement : 2) CNA à réseau de résistances pondérées Chaque bit du mot binaire à convertir commute un courant sur une résistance de poids inversement proportionnel au poids du bit considéré. Les tensions résultantes sont additionnées par une structure ‘Amplificateur sommateur. 1 ce type de convertisseur, seules deux valeurs de résistances sont utilisées. La tension de référence se distribue sur le réseau R-2R. Chaque bit du mot binaire à convertlr commute un courant soit ? la masse (An = ‘Or) soit vers l’A. l.
L câblé en sommateu (An – ‘1’) : 13 2R Il 12 IO 6 1 Pour un CAN unipolaire, la tension d’entrée VE doit être comprise entre OV et VRef. 3) Résolution d’un CAN . On appelle ‘Résolutlon’ d’un CAN, ou ‘Pas de progression’ ou encore ‘Quantum’, la plus petite variation de tension appliquée à rentrée qui augmente (ou iminue) la valeur binaire en sortie de 1. D’une manière générale et pour un CAN théorique, en notant ‘Q’ la résolution et ‘n’ le nombre de bit du convertisseur, on exprimera Q de la manière suivante : 2n-l La résolution d’un CAN est une tension, elle s’exprime donc en volt (V).
Remarque : pour un CAN réel, le quantum est généralement donné dans la documentation du constructeur. 4) Détermination de la valeur binaire de sortie en fonction de la tension d’entrée : Cette opération se fait en trois étapes – Division de la tension à convertir VE par le quantum Q : Nd VE la valeur Nd obtenue est une valeur décimale, – Élimination de la partie décimale du résultat de la division (on ne conserve que la partie entière de Nd), – Conversion de Nd en bin PAGF70F11 indiquer le niveau de tension sur chacune d’elles.
V – Technologie des Convertisseurs Analogique/Numérique Tout comme CNA, les technologies des CAN sont en perpétuelle évolution. A titre d’exemple, citons quelques principes de fonctionnement : Eric SAMAMA Page 6 sur 9 Le CAN double rampe : Un CAN double rampe peut être schématisé comme suit : Générateur de rampe -VRef B1 Roverbal pouvant effectuer une pesée dont le poids maximum PMAX est connu et sachant que l’on ne peut mettre qu’un nombre limité de poids dans le plateau opposé de la balance ?
La méthode la plus directe consiste à effectuer une approximation successive de la masse suivant la chronologie suivante. Méthode de la pesée avec quatre poids Si on ne dispose que de quatre poids, ils auront pour masse . Pmax/2, Pmax/4, Pmax/8 et Pmax/16. Pour commencer, on place le sac à peser sur le plateau gauche de la balance. On place sur le plateau droit un polds de masse pmaW2 afin qu’il oit comparé à la masse du sac. Résultat de la pesée • Si le poids est trop important, il est rejeté (enlevé du plateau de la balance), s’il est trop faible, il est conservé sur le plateau de la balance.
On place ensuite sur le plateau droit de la balance un poids de masse PmaW4. De la même manière, si le poids est trop important, il est rejeté (enlevé du plateau de la balance), Sil est trop faible, il est aussi Et ainsi de suite. Exemple : Le sac pèse 10Kg, la pesée maximale pouvant être effectuée par la balance de Roberval utilisée est de 12Kg. Si on ne dispose que de quatre poids, ils auront pour masse PmaW2-6kg, PmaW4=3kg, Pmax/8=1 ,5kg et Pmax/1 pour commencer, on place le sac de 10kg sur le plateau gauche de la balance.
On place sur le plateau droit un poids de masse Pmax/2=6kg afin qu’il soit comparé à la m balance. On place sur le plateau droit un poids de masse PmaW2=6kg afin qu’il soit comparé à la masse du sac. Résultat de la pesée – le poids est trop faible (6kg<10kg), il est conservé sur le plateau On place sur le plateau droit un poids de masse PmaW4=3kg. - le poids est trop faible (9kg<10kg), il est conservé sur le plateau On place sur le plateau droit un poids de masse PmaW8=1 ,5kg.
Résultat de la pesée : – le poids est trop important il est retiré du plateau On place sur le plateau droit un poids de masse de la pesée . – le poids est trop faible Okg), il est conservé sur le plateau de la balance. Résultat de la pesée . Les quatre poids ont été testés, la pesée indique que le sac pèse 9,75kg alors que son poids réel est de 10kg. La balance de Roberval introdult comme tout autre dispositif de pesée une erreur relative. c) Etude d’un CAN à approximations successives de 4 bits : Page 8 sur 9 11
