Convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique.

Dans la chaîne de mesure l'interface assure la conversion tension ! signal numérique grâce à un convertisseur analogique-numérique. Quand l'ordinateur doit commander un actionneur, l'information circule en sens inverse et c'est alors un convertisseur numérique analogique qui est utilisé.

Convertisseur numériqu Principe A l'entrée du convertisseur est apcelui-ci :

e

CAN

Capteur Mise en forme Interface Ordinateur

Electronique analogique

(ex : AO, pont de wheatstone)

Electronique numérique (ex : CAN, portes logiques)

é

n

Résultats

C N A

b0

b1

bn

Tension

e analogique CNA.

pliqué un mot binaire qui doi

KUS =

n est leK est ucircuit u Pour un

US =

RemarqréellemL'écart corresp

A

Us

Binair

CN

Signal lectrique

Tension

t être

b.(

nomne cotilis

conb.(K2

ue ent entr

ond

Signal umérique

Grandeur physique

converti en une tension proportionnelle à

)bb... nnn

2220

111 +++ −

−

bre de bits du mot à convertir. nstante qui dépend des caractéristiques du

é.

vertisseur 3 bits :

)bb84

012 ++

: La tension de sortie n'est donc pas analogique puisqu'elle varie par paliers. e deux valeurs successives de la tension au pas du convertisseur.

- CNA & CAN -

R.TARGET - page 2 -

CNA à réseau R-2R. Un bit est considéré à 1 lorsque l'interrupteur correspondant est sur UREF est à 0 lorsque l'interrupteur est sur la masse.

Si le mot binaire à convertir est 100 (b2 à 1, b1 et b0 à 0) Le circuit devient équivalent à :

Si le mot binaire à convertir est 010 (b1 à 1, b2 et b0 à 0) Le circuit devient équivalent à :

Si le mot binaire à convertir est 001 (b0) Le circuit devient équivalent à :

Pour les autres mots binaires on peut appliquer le théorème de super position pour déterminer U

)bbb.(UU REFS 842012 ++=

UREF US

2R

2R

2R

2R

R

R

b2

b1

b0

2R

2R

2R 2R

R

R

US

UREF

REFU

4REF

SUU =

UREF

2R

2R 2R 2R

R R

US

4REF

SUU =

UREF

2R

2R 2R 2R

R

R

US

0 à 1, b1 et b2 à

2SU =

U

S donc

8REF

SU =

- CNA & CAN -

R.TARGET - page 3 -

CNA à réseau R-2R inversé (ou en échelle). La plupart des CNA actuels utilisent cette méthode de conversion qui gagne en rapidité sur la précédente (pas d'inversion de courant dans les résistances 2R).

Le nœud N réalise la sommation des courants 001122 I.bI.bI.bI ++= et l'AO associé à R' transforme le courant en tension I'.RUS −= .

R.U.bI REF

800 = , R.

U.bI REF

411 =

et R.

U.bI REF

222 =

donc )bbb.(RU'.R)

R.U.b

R.U.b

R.U.b'.(RU REFREFREFREF

S 842842012012 ++−=++−=

CNA à résistances pondérées.

Le nœud N réalise la sommation des courants 001122 I.bI.bI.bI ++= et l'AO associé à R' transforme le courant en tension I'.RUS −= .

R.U.bI REF

400 = , R.

U.bI REF

211 =

et R

U.bI REF22 =

donc )bbb.(RU'.R.)

R.U.b

R.U.b

RU.b'.(RU REFREFREFREF

S 8422

42012012 ++−=++−=

+

- s ∞

UREF

US

R

R’ R

2R

2R

2R

2R

b0

b1

b2

I1

I0

I2

I

N

+

- s

∞ 4R UREF

b2

b1

b0

R

2R R'

US

N

I0

I

I

I2

I1

- CNA & CAN -

R.TARGET - page 4 -

Convertisseur analogique numérique CAN. Principe. A l'entrée du convertisseur est appliqué une tension qui doit être convertie en un code binaire.

b0, b1 … bn sont les bits du mot sur le quel la tension doit être convertie. Remarque : deux tensions proches peuvent donner le même mot binaire, ceci dépend de la résolution du convertisseur.

Convertisseur CAN simple rampe numérique. Une information numérique provenant d'un compteur est convertie par un CNA en une tension qui est comparée à la tension à mesurer. Lorsqu'il y a une correspondance entre ces deux tensions le comptage est arrêté. Le compteur en recevant des impulsions incrémente le mot binaire à sa sortie. Ce mot binaire est converti par un CNA en une tension UNUM qui croit. Lorsque cette tension dépasse la tension à mesurer la sortie du comparateur bascule et la logique de commande bloque le compteur. Les n bits en sortie du compteur correspondent au mot binaire résultat de la conversion.

C A N

Us b0

b1

bn

+

-

s

∞ LOGIQUE DE COMMANDE

COMPTEUR

CNA

GENERATEUR D'IMPULSIONS

U à mesurer

UNUM

n bits

- CNA & CAN -

R.TARGET - page 5 -

Convertisseur CAN flash.

La tension à mesurer est comparée à la tension de référence fractionnée par un pont diviseur à n résistances. Le premier comparateur compare la tension inconnue à UREF/n le deuxième à 2.UREF/n, le troisième à 3.UREF/n …etc. Exemple : Si la tension inconnue est comprise entre 4.UREF/n et 5 UREF/n les sortie S0, S1, S2 et S3 des comparateurs sont positives et toutes les autres négatives. Il faut un bloc logique pour mettre en forme ces informations et les traduire en un mot binaire.

En considérant qu'une sortie de comparateur positive est considérée comme un 1 logique on peut dresser la table de vérité du circuit logique à réaliser (sans la partie mise en forme des signaux).

S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 b2 b1 b0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

65432100

5311

32

SS.SS.SS.Sb

SS.SbSb

+++≡

+≡

≡

Echantillonnage. Pour aborder le problème de l'échantillonnage, télécharger le logiciel ORPHNUM sur le site de groupe EVARISTE à l'adresse: http://www.cnam.fr/instituts/evariste/

+

- s ∞

+

- s ∞

+

- s ∞

+

- s ∞

+

- s ∞

+

- s ∞

+

- s ∞

S0

S5

S1

S2

S3

S4

S6

LO

GIQ

UE

b0

b2

b1

R

R

R

R

R

R

R

R

UREF

U à mesurer