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CONVERSION ANALOGIQUE NUMÉRIQUE
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 CAN : les convertisseurs très précis sont lents, les convertisseurs rapides
sont peu précis
1. Caractéristiques des Convertisseurs Analogiques Numériques (CAN).
Résolution : la résolution du CAN 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
Vref
Vref
N
2
Plage de conversion : cette grandeur est aussi appelée « valeur pleine échelle », elle
correspond à la valeur Vref Vref .
Temps de conversion : caractérise la rapidité du CAN. 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 Numériques
Les convertisseurs à intégration ou convertisseur à rampe :
o CAN 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.
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CONVERSION ANALOGIQUE NUMÉRIQUE
Structure CAN simple rampe
VBAT 2 Ve
R2
C (VS Ve ) IR2 N
Avec période de l’horloge
IR2
Chronogrammes
o CAN 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 Vref de valeur constante et de signe opposé à la tension analogique à
mesurer. Pendant le temps T le compteur enregistre N impulsions d’horloge, pout la
décharge à tension constante, le compteur enregistre N1 impulsions d’horloge. En
utilisant la même approche que pour le convertisseur simple rampe on montre que :
N1
Vanalogique Vref
N
Remarque : la mesure est indépendante de la valeur des composants R et C utilisés.
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CONVERSION ANALOGIQUE NUMÉRIQUE
Structure CAN double rampe
Chronogrammes :
CAN 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 CAN à rampe numérique
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CONVERSION ANALOGIQUE NUMÉRIQUE
Chronogrammes
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 N bits il faut
N coups d’horloge pour obtenir la valeur numérique de la tension analogique en
entrée.
Structure CAN à approximations successives
Chronogrammes
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CONVERSION ANALOGIQUE NUMÉRIQUE
Can flash
On compare la tension analogique avec simultanément 2n – 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 CAN 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 CAN flash (on utilise par exemple le bloc convertisseur flash précédent).
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