5 Mai 2008

CONVERSIONS

NUMERIQUE-ANALOGIQUE

ET

ANALOGIQUE-NUMERIQUE

DPGEL

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Sommaire

5 Mai 2008DPGE

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I. Présentation

A.Mise en situationB.Caractéristiques des CAN et CNAC.La plaque de tests

II. Le Convertisseur Analogique Numérique

III. Le Convertisseur Numérique Analogique

IV. Etude dynamique

V. Conclusion

A.Types de CANB.CAN à approximations

successivesC.MesuresA.Types de CNAB.CNA à échelle R-2RC.MesuresA.Mesure du quantum du CAN

B. Influence de la fréquence sur le CANC.Mesure de la pente maximale du signal

d’entréeD.Mesure du temps d’établissement du CAN

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I. Présentation

A. Mise en situation

Avant l’apparition des CAN et CNA (années 60)

Système de traitement Analogique

Ve(t) Vs(t)

Depuis les années 60…

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I. Présentation

B. Caractéristiques des CAN et CNA

plus petite variation du signal analogique d'entrée qui provoque un changement d'une unité sur le signal numérique de sortie.

La résolution (ou quantum)

plus petite variation qui se répercute sur la sortie analogique à la suite d'un changement d'une unité sur le signal numérique d'entrée.2

ValeurValeur

2

échellePleineValeurq

bitsdenombre

minMAXbitsdenombre

1)2(ValeurValeur

1)(2

échellePleineValeurq

bitsdenombre

minMAXbitsdenombre

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I. Présentation

B. Caractéristiques des CAN et CNAImperfection des convertisseurs

-Précision

-Erreur de linéarité

-Erreur de décalage (erreur offset)

-Erreur de quantification

Ecart maximal entre la valeur théorique de sortie et la valeur réelle

Unité :

- en % de la valeur pleine échelle- en multiple du quantum

Due à la discrétisation du signal d'entrée sur les convertisseurs analogiques / numériques. Elle est en générale de + ou - 1LSB ou +/- ½LSB.

Unité :

- en % de la valeur pleine échelle- en multiple du quantum

Unité :

- en % de la valeur pleine échelle- en multiple du quantum

Caractérise la variation autour de la sortie théorique de la sortie réelle

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I. Présentation

B. La plaque de test

CAN CNA

Offset CAN

Tension de référence

Leds de visualisation

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II. Les CAN

A. Les types de CAN

Type Erreur Vitesse Résolution

Simple rampe Elevée Faible (ms)Moyenne à

élevée (7 à 14 bits)

Double rampeFaible Faible (ms) Elevée (10 à 18

bits)

Approximations successives

Moyenne 0,5 à 1 LSB

Moyenne (quelque 10 µS)

Moyenne à élevée (8 à 16

bits)

FlashMoyenne

0,5 à 1 LSB ElevéeFaible à élevée

(4 à 10 bits)

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II. Les CAN

B. Les CAN à approximations successives

REGISTRE

CNA

Co

mp

Verrou

Ve(t)

Vs

MSB

LSB

Horloge 1

Le registre fixe 1000Le CNA donne la valeur analogique équivalenteLe comparateur envoi au registre l’information Horloge 2

Selon la valeur du comparateur le Verrou bloque le MSB à 0 ou 1Le registre recommence l’opération

avec les 3 autres bits

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II. Les CAN

C. Mesures

Mise en évidence de l’erreur de gain par des tensions de références différentes

Mot binaireMot binaire Tension de référenceTension de référenceBonne QualitéBonne Qualité Qualité moyenneQualité moyenne

127127 (0111 1111) 2,471V 2,454V

255 255 (1111 1111) 5,012V 4,99V

0 1 2 3 4 5 6 7

N (Bits)

001

010

011

100

101

110

111

0008

Ve (V)Caractéristique théorique

Caractéristique réelle avec erreur de gain

Erreur de gain

Caractéristique idéale

Caractéristique réelle Idéale

0 1 2 3 4 5 6 7

N (Bits)

001

010

011

100

101

110

111

0008

Ve (V)Caractéristique théorique

Caractéristique réelle avec erreur de gain

Erreur de gain

Caractéristique idéale

Caractéristique réelle Idéale

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II. Les CAN

C. Mesures

Mise en évidence de l’erreur d’offset

0 1 2 3 4 5 6 7

N (Bits)

001

010

011

100

101

110

111

0008

Ve (V)

Erreur de décalage offset

On fixe la tension analogique pour avoir 0111 1111On fait varier la tension d’offset et on observe un

changement du mot binaire

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III. Les CNA

A. Les types de CNA

Type Erreur Vitesse Résolution

Échelle R-2R FaibleElevée (1µs à 10

µs)Elevée

(Sortie en tension 1µs à 10µs)

(Sortie en courant 50 ns à 1µs)

Elevée

FaibleA Résistance

pondéréeElevée

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III. Les CNA

B. Le CNA à échelle R-2R

VA = -Vcc*2n(C0*2n-1 + C1*2n-2 + C2*2n-3 …)

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III. Les CNA

C. Mesures

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vs Résolution

1 1 1 1 1 1 1 0 5V 19,608mV

0 0 0 0 0 0 0 1 2,519V

19,68mV

0 0 0 0 0 0 0 0 20mV

20mV

Mesure de la résolution sur toute l’échelle des valeurs numérique

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IV. Etude dynamique

A.Mesure du quantum du CAN

On place les curseurs pour mesurer l’intervalle de valeurs laissant la sortie invarianteOn mesure q = 20 mV

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IV. Etude dynamique

B. Influence de la fréquence sur le CAN

F=3,571KHz F=4,167KHz

Plus la fréquence augmente et moins le CAN a le temps de faire la

conversion

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IV. Etude dynamique

C. Mesure de la pente maximale du signal d’entrée

A la fréquence critique f= 154,7 KHz (T=6,4ms) on a :

Ve(t) évolue de 0 à 302mVOn calcul : pente maximale = 94 V/s

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IV. Etude dynamique

D. Mesure du temps d’établissement du CAN

On met comme signal d’entrée un signal carré

On mesure : temps d’établissement = 320 µs

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IV. Conclusion

- Manipulations nous ayant donnée un bon aperçu des convertisseurs

- Les convertisseurs n’ont cessé d’être développé depuis leurs apparitions

Merci…