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Les convertisseurs CAN et CNA - Introduction sur les CAN et CNA - YouTube
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Nous utilisons le même schéma que dans le paragraphe précédent. Nous présentons d'abord un schéma de principe simple voire naïf pour bien s'approprier le principe du fonctionnement du convertisseur analogique numérique puis nous montrons des variantes qui complexifient les circuits mais qui permettent de résoudre des problèmes que présentent les circuits les plus simples et enfin, nous terminons par une étude des performances des CAN et CNA pour une utilisation professionnelle. Nous commençons par un circuit naïf qui exploite un CNA représenté ci-dessous: Le principe de fonctionnement est le suivant: la tension analogique à convertir entre sur un comparateur qui peut être un simple ampli-op alimenté en disymétrique et qui fonctionne en régime saturé. Le cycle de conversion commence par la remise à 0 du compteur qui entre sur le CNA. La tension de sortie du CNA est donc initialement nulle, au début du cycle de conversion. Comme cette tension de sortie du CNA entre sur la seconde entrée du comparateur et si la tension à convertir est positive, la sortie du comparateur est à 1.
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E-TSI_SAFI Cours de GE 2007/2008 Mr BENGMAIH 4 Figure 5: Schma de principe d'un CNA rsistances pondres (4 bits). Nous appellerons a0 le LSB, a1 le bit suivant,..., et aN-1 le MSB d'un convertisseur N bits. Dans le cas de notre convertisseur 4 bits, la solution est: 3 2 1 03 2 1 0(2 2 2 2)32 rfs EV a a a a = + + + 3 2 1 03 2 1 0(2 2 2 2)8 rfs EV a a a a = + + + On peut calculer la rsolution (LSB) de ce convertisseur: c'est la variation de la tension de sortie lorsque l'entre numrique varie d'une unit, soit: 8rfELSB = Dans le cas gnral d'un convertisseur N bits, on aurait: 12 rf N ELSB = Avantages / inconvnients: L'avantage d'un tel montage est la simplicit.
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E-TSI_SAFI Cours de GE 2007/2008 Mr BENGMAIH 8 Figure 3: Approximations par dichotomie. a0 a0 a0 a0 Ex a2 a0 a1 Erf 7 2 1 0 3 4 6 5 - AOP + Squenceur logique H Figure 4: Exemple de CAN approximations successives. On retrouve le rseau de rsistances du convertisseur parallle de la figure 10, mais chaque nud de ce rseau est connect non pas un comparateur, mais un rseau de commutateurs de connection dont le point final est reli l'entre d'un comparateur; l'autre entre de ce comparateur est relie la tension mesurer Ex. Chaque sortie logique du squenceur
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Bien évidemment, le nombre binaire maximum correspond à la valeur pleine échelle. Le LSB correspond à une valeur analogique appelée le quantum qui définit la plus petite variation analogique possible. Un CNA est définit par sa résolution n (par exemple 12 bits); connaissant la sortie pleine échelle (10V par exemple) on peut alors calculer le quantum (q = 10/2n-1 dans notre exemple). De manière générale, la valeur de sortie (par exemple dans le cas d'une tension) est: Vs = Nq où N représente le nombre binaire à convertir avec q = Vmax/(2 n - 1) où n représente le nombre de bits Remarque: attention à ne pas confondre N qui est le nombre à convertir et n qui est le nombre de bits du convertisseur. 3- Conversion Analogique-Numérique (CAN ou ADC) Exemple: Soit un convertisseur analogique - numérique 3 bits. Ve peut varier de 0V à Vref. Le convertisseur étant un 3 bits, en sortie il ne peut y avoir que 23 mots (N) différents. Compléter le tableau suivant pour Vref=5V Sa résolution: elle est donnée par la valeur du quantum « q ».
CONVERSION ANALOGIQUE / NUMRIQUE: 1. CAN PARALLLE: 9 16 rfV 13 16 rfV R R R R R R R/2 Vrf g f e d c b Ve a 3R/2 3 16 rfV 1 16 rfV 0 5 16 rfV 11 16 rfV 7 16 rfV Codeur binaire a b c d e f g N 1 1 1 1 1 1 1 111 1 1 1 1 1 1 0 110 1 1 1 1 1 0 0 101 1 1 1 1 0 0 0 100 1 1 1 0 0 0 0 011 1 1 0 0 0 0 0 010 1 0 0 0 0 0 0 001 0 0 0 0 0 0 0 000 Vrf 13/16 11/16 9/16 7/16 5/16 3/16 1/16 0 Figure 1: CAN parallle 3 bits. Les convertisseurs parallles (ou flash en Anglais), trs rapides, mais limits en prcision. La tension mesurer est compare simultanment 2N-1 tensions de rfrence, N tant le nombre de bits du convertisseur. 0 est l'tat logique supplmentaire qui fait 2N tats au total pour un convertisseur N bits. E-TSI_SAFI Cours de GE 2007/2008 Mr BENGMAIH 7 Dans le principe, ce CAN pourrait tre relativement prcis. En pratique, on butte sur un inconvnient de taille: il faut 2N-1 comparateurs pour un convertisseur N bits, soit 63 comparateurs pour un 6 bits et 255 pour un 8 bits! Le procd devient donc vite limitatif.