Conversion Analogique Numerique (Can)_etudiants

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    A.LAMMARI 2

    SOMMAIRE

    INTRODUCTION Classe des signaux Symboles des convertisseurs CNA et CAN Diffrents blocs des convertisseurs

    CONVERSION ANALOGIQUE-NUMERIQUE CONVERTISSEURS ANALOGIQUENUMERIQUE

    CONVERTISSEURS NUMERIQUE-

    ANALOGIQUE ETUDE DUN CAN ETUDE DUN CNA

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    A.LAMMARI 3

    INTRODUCTION

    CONVERTIR

    Cest Transformer dans notre cas des signaux Besoin ?

    Toute grandeur physique ne peut tre traite en calcul arithmtiqueque si elle a t au pralable convertie en valeurs numriques Choixdune unit de mesure selon une prcision exige,

    Toute grandeur numrique doit tre convertie afin dtre traduite engrandeur physique

    Ralisation de circuits fonctions spcifiques

    Prise en charge de llimination des imperfections de parcours (

    bruit, attnuation .. ), Besoin de traitement du signal

    Traiter lvolution du signal dans toute la chaine des blocs du circuit

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    INTRODUCTION

    CONVERTIR

    Cest Transformer dans notre cas des signaux Besoin ?

    Toute grandeur physique ne peut tre traite en calcul arithmtiqueque si elle a t au pralable convertie en valeurs numriques Choixdune unit de mesure selon une prcision exige,

    Toute grandeur numrique doit tre convertie afin dtre traduite engrandeur physique

    Ralisation de circuits fonctions spcifiques

    Prise en charge de llimination des imperfections de parcours (

    bruit, attnuation .. ), Besoin de traitement du signal

    Traiter lvolution du signal dans toute la chaine des blocs du circuit

    Si la prcision de mesure du courant est au1mA pr1mA prss, lunit de mesure devrait tre

    1mA au maximum

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    INTRODUCTIONClasse des signaux

    Classs selon quilssoient continus oudiscrets enamplitude et en

    temps,

    Traitement signalncessite donc soit:

    C A N C N A

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    INTRODUCTIONSymboles des convertisseurs CAN & CNA

    Grandeur physique

    continue : tension,

    courant,..

    Nombre

    #

    CAN

    Grandeur physique

    continue : tension,

    courant,..

    Nombre#

    CNABINAIREBINAIRE

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    A.LAMMARI 7

    INTRODUCTIONDiffrents blocs des convertisseurs

    Un chantillonneur bloqueur orchestr par unehorloge

    Une unit de traitement

    Bloc CNA ou CAN qui procde :

    Quantification

    Codage ou dcodage

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    SOMMAIRE

    INTRODUCTIONCONVERSION ANALOGIQUE-

    NUMERIQUE

    CONVERTISSEURS ANALOGIQUENUMERIQUECONVERTISSEURS NUMERIQUE-

    ANALOGIQUEETUDE DUN CANETUDE DUN CNA

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    CONVERTISSEUR ANALOGIQUENUMERIQUE CAN

    CAN

    Entre Analogique

    Dbut Conversion

    Fin Conversion

    021

    2 223

    2n2

    Sortie Numrique

    HORLOGE

    Tension Rfrence

    Transforme une

    grandeur physique

    (tension, courant)

    en une valeur

    numrique

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    CONVERTISSEUR ANALOGIQUENUMERIQUE CAN

    une entre Dbut deconversion qui enclenche laconversion (Start conversion)

    une sortie Fin deconversion qui indique quela conversion est termine(End conversion)

    Entre analogique(courant, tension, ..)

    Plusieurs sortiesnumriques, dont le nombreest fonction de la rsolution

    Peut varier

    entre

    +Vref & -Vref

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    CONVERTISSEUR CANtapes du Traitement de linformation

    1ere

    tape Acquisition de linformation par un capteur

    Elle permet de reconstituer un signalanalogique ou discret pendant un intervalle

    de temps donn.

    Le traitement et lacquisition de linformation doit

    se faire de faon minimiser le bruit.

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    CONVERTISSEUR CANtapes du Traitement de linformation 2emetape

    chantillonnage et blocage dcouper ou prlever des

    valeurs successives ( chantillons) de la tension

    (courant) pendant un intervalle de temps fixe.

    La cadence d'chantillonnage d'un signal doit tre au

    moins deux foisplusleveque la plus haute

    frquence contenue dans le signal chantillonner

    ( Thorme de SHANNON)

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    CONVERTISSEUR CANtapes du Traitement de linformation 2emetape

    chantillonnage et blocage dcouper ou prlever des

    valeurs successives ( chantillons) de la tension

    (courant) pendant un intervalle de temps fixe.

    La cadence d'chantillonnage d'un signal doit tre au

    moins deux foisplusleveque la plus haute

    frquence contenue dans le signal chantillonner

    ( Thorme de SHANNON)

    noncnoncde SHANNONde SHANNON

    Pour que toute linformation

    contenue dans le signal puisse

    tre rcupr aprschantillonnage, il faut que la

    frquence de ce dernier soit au

    moins deux fois celle de lacomposante de frquence la plus

    leve du signal

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    CONVERTISSEUR CANExemple dun chantillonneur bloqueur

    Compos :

    Deux AOP suiveurs, (Ze , Zs 0)

    Transistor NMOS fonct en commut

    Condensateur

    VGB = 0 NMOS Bloqu Jonction DS se comporte en

    interrupteur ouvert (RDSoff )

    VGB > 0

    Jonction DS se comporte eninterrupteur ferm (RDSon < 1 )

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    CONVERTISSEUR CANExemple dun chantillonneur bloqueur

    Fonctionnement :

    1. Impulsion positive (signal Horloge) au niveau de la grille Gfermeture de la jonction DSle condensateur C se charge jusqu la valeur de la tension instantane Ve avec= (Ro+RDSon)C. Ro est la rsistance de sortie du 1er suiveur.

    2. En l absence dimpulsion positive de lhorloge fermeture de la jonction DS lecondensateur C est isol de toute chargechantillonnage est bloqu pendant un

    intervalle de temps fixe.

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    CONVERTISSEUR CANTraitement de linformation

    3eme

    tape Quantification et codage

    Consiste choisir un intervalle qui englobe

    lamplitude maximale du signal analogique et

    de dcouper cet intervalle en un nombre fini

    de plages

    Ensuite attribuer chaque chantillon une

    valeur numrique sur m bits

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    CONVERTISSEUR CANTraitement de linformation

    3eme

    tape (suite) Quantification et codage

    Ensuite attribuer chaque chantillon une

    valeur numrique sur m bits

    La plus petite valeur analogique de

    lchantillon est appele QUANTUM, tel que:

    nq

    2

    chellepleinetension====

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    CONVERTISSEUR CANExemple de quantification et codage1ere valeur

    2eme valeur

    3eme valeur

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    CONVERTISSEUR CANExemple de quantification et codage

    101

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    CONVERTISSEUR CANFonction de transfert

    Fonction de transfert

    Diffrents CAN CAN intgration : simple ou double rampe. CAN raction (CAN compteur incrmental,

    CAN approximations successives ) CAN parallles ("Flash")

    =

    =

    =nk

    kkan

    BkVrefE1 2

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    SOMMAIRE

    INTRODUCTION CONVERSION ANALOGIQUE-NUMERIQUE CONVERTISSEURS ANALOGIQUE

    NUMERIQUE CONVERTISSEURS NUMERIQUE-

    ANALOGIQUE ETUDE DUN CAN ETUDE DUN CNA ETUDE DUN CAN ETUDE DUN CNA

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    CONVERTISSEUR CNASymboles & principe de fonctionnement

    Grandeur physique

    continue : tension,courant,..

    Nombre

    #

    CNA

    BINAIREBINAIRE

    Transformer une information code surnbits en un signal analogique, le plusfidlement possible

    ( )001

    1

    2-n

    2-n

    1-n

    1-n1012-n1-n2X2.......X2X2X

    2X.......XXX +++

    n

    Vref

    Comporte en gnral :

    Rseau de rsistances auniveau de lentre binaire

    Un amplificateur de sommation

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    CONVERTISSEUR CNA

    Diffrents types de CNA

    CNA rseau de rsistances pondres

    CNA chelle de rsistances R-2R

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    SOMMAIRE

    INTRODUCTION CONVERSION ANALOGIQUE-NUMERIQUE CONVERTISSEURS ANALOGIQUE

    NUMERIQUE CONVERTISSEURS NUMERIQUE-

    ANALOGIQUE ETUDE DUN CAN

    CAN comparateurs parallles ou Flash ETUDE DUN CNA

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    CONVERTISSEUR CAN comparateurs parallles ou Flash

    Convertisseurs

    comparaison directe Rapides dou le

    nom de Flash

    Ncessitent unehaute intgrationlorsquon dsireune haute

    rsolution

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    CAN FLASHM0de de fonctionnement 1 Tensions Vi

    Tension Wi

    4

    44

    4

    33

    4

    22

    41

    VrefV

    VrefV

    VrefV

    VrefV

    =

    =

    =

    =

    =

    +

    +

    VVsi

    VVsiWi

    "0"

    "1"

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    CAN FLASHM0de de fonctionnement 2 Exemple

    Correspondanceentre les motsbinaires et tensionsseuil descomparateurs

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    CAN FLASHM0de de fonctionnement 3 Les AOP Comparateurs

    Entres V+ Eanal

    Entres V- Vi font ( Vref )

    tat des Wi Eanal

    =

    +

    +

    VVsi

    VVsiWi

    "0"

    "1"

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    =

    +

    +

    VVsi

    VVsiWi

    "0"

    "1"

    Eanal

    tat de la sortie descomparateurs

    Nombre binairegnr

    W1 W2 W3 b0 b1

    0< Eanal< Vref/4 0 0 0 0 0

    Vref/4< Eanal< 2*Vref/4 1 0 0 0 1

    2*Vref/4< Eanal< 3*Vref/4 1 1 0 1 0

    3*Vref/4< Eanal

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    SOMMAIRE

    INTRODUCTION CONVERSION ANALOGIQUE-NUMERIQUE CONVERTISSEURS ANALOGIQUE

    NUMERIQUE CONVERTISSEURS NUMERIQUE-

    ANALOGIQUE ETUDE DUN CAN ETUDE DUN CNA

    CNA chelle R- 2R

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    CONVERTISSEUR CNACNA chelle R-2R

    Rseau R-2R 3 bits

    2R

    IR

    I2

    R

    I1

    R

    I0

    2R 2R 2RVref

    Celluleterminale

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    CONVERTISSEUR CNA

    rseau R-2R 3 bits Fonctionnement

    Chaque cellule R/2R "voit" sa droite une rsistancequivalente de 2R.

    Le gnrateur VREF "voit" une rsistance quivalente de2R quelque soit le nombre de cellule. I = VREF / 2R

    I2 = I / 2 = VREF / 4R I1 = I2 / 2 = VREF / 8R

    I0 = I1 / 2 = VREF / 16R

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    CONVERTISSEUR CNA

    I = I2.a2 + I1.a1 + I0.a0

    I = (- Vref/4R).a2 + (-Vref/8R).a1 + (-Vref/16R).a0

    Us = -2R.I = Vref ( a2/2 + a1/4 + a0/8 )

    Us = Vref . ( 4a2 + 2a1 + a0 ) / 8 = Vref . N/8

    I2 I1 I0

    I

    Valeuranalogique

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    A.LAMMARI 36

    BIBILIOGRAPHIE

    IMPULSIONS, techniques de basecircuits semi-conducteurs, P.RIVERE,dition Foucher

    Encyclopdie des sciences industriellesQUILLET