Convertisseurs Analogique/Numérique et .- les Convertisseurs Numérique Analogique (CNA, DAC en

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  • FALLET Laurent PERRIN Guillaume GRISONI Florian

    Institut National des Sciences Appliques de Rouen -1-

    UV P10-2

    Convertisseurs Analogique/Numrique et Numrique/Analogique

    Juin 2002

  • FALLET Laurent PERRIN Guillaume GRISONI Florian

    Institut National des Sciences Appliques de Rouen -2-

    Sommaire

    UV P10-2 ................................................................................................... 1

    Convertisseurs Analogique/Numrique et Numrique/Analogique ... 1

    Sommaire ................................................................................................. 2

    Introduction.............................................................................................. 3

    I Prsentation CAN et CNA ..................................................................... 5

    a) Architecture ........................................................................................... 5 b) Linterface du port imprimante .................................................................. 13 c) Le programme en Pascal.......................................................................... 14

    II Rseau R/2R........................................................................................ 15

    a) Etude thorique................................................................................... 15 b) Etude exprimentale ........................................................................... 17

    III Echantillonneur Bloqueur................................................................. 18

    a) Etude thorique................................................................................... 18 b) Etude exprimentale ........................................................................... 19

    IV VCO..................................................................................................... 21

    a) Prsentation ............................................................................................. 21 b) Etude exprimentale................................................................................. 22

    Conclusion ............................................................................................. 25

    Annexes.................................................................................................. 26

  • FALLET Laurent PERRIN Guillaume GRISONI Florian

    Institut National des Sciences Appliques de Rouen -3-

    Introduction On peut dire que le monde entier est analogique . La conversion A-N permet le

    traitement par des machines de donnes digitales. Les techniques actuelles font de plus en plus appel au traitement numrique, trs performant. Le domaine des tlcommunications est sans doute celui dans lequel lapplication des techniques numriques est la plus dveloppe (numrisation de la voix pour la tlphonie, gnralisation du FAX et du courrier lectronique, enregistrement numrique des disques). Sans oublier le domaine musical qui utilise grandement les convertisseurs dans la transmission des signaux audio.

    L'lectronique est en effet divise en deux domaines distincts : - le domaine analogique, o les variables peuvent prendre une infinit de valeurs

    diffrentes ; les signaux varient continment. Tous les signaux issus des capteurs sont analogiques, et traduisent des phnomnes physiques qui varient continment.

    - le domaine numrique, o les variables prennent uniquement deux tats, un tat haut et un tat bas.

    Beaucoup de signaux tait avant traits de faon analogiques et le sont aujourd'hui par

    programmation de microprocesseurs. Mais, la base, les signaux ont toujours une nature analogique ! Il faut donc les

    amplifier et ventuellement les extraire de signaux parasites. Le domaine analogique va donc toujours exister au moins en amont de toute chane de traitement. Parfois, on a aussi besoin d'un signal analogique en sortie de cette chane de traitement : il faudra alors reconvertir les donnes numriques en signal analogique.

    Il existe deux catgories de convertisseurs : - les Convertisseurs Analogique Numrique (CAN, ADC en anglais, pour analog to

    digital converter), qui vont transformer les tensions analogiques en signaux logiques aptes tre traits par microprocesseur (numrisation des signaux).

    - les Convertisseurs Numrique Analogique (CNA, DAC en anglais, pour digital to

    analog converter) qui vont convertir les signaux logiques en tension analogique.

    Applications des CAN

    Les applications dans lesquelles des donnes analogiques doivent tre numrises et

    transfres dans une mmoire dordinateur sont nombreuses. Le processus de saisie par lordinateur des donnes analogiques numrises sappelle lacquisition de donnes. Selon lapplication, lordinateur peut manipuler les donnes de diffrentes faons. Quand on utilise un ordinateur pour mmoriser une donne analogique (cest le cas dun oscilloscope numrique), ce dernier stocke les donnes puis les transfre un CNA un moment ultrieur pour quil reproduise les donnes analogiques. On trouve donc des CAN dans les multimtres numrique, les systmes d'acquisition, llaboration de la matrice dun disque compact...

  • FALLET Laurent PERRIN Guillaume GRISONI Florian

    Institut National des Sciences Appliques de Rouen -4-

    Applications des CNA

    Des CNA sont utiliss chaque fois qu'il faut transformer la sortie numrique d'un

    circuit en une tension ou un courant analogique pour entraner un dispositif analogique. Voici certaines des applications les plus courantes :

    Rgulation : la sortie numrique d'un ordinateur est convertie en un signal de

    rgulation analogique afin de rgler la vitesse d'un moteur, la temprature d'un four ou de commander une variable physique quelconque. La commande des machines est galement un secteur o les techniques numriques connaissent un vif succs (commande de moteurs, rgulation de chauffage).

    Essai automatique : il est possible de programmer les ordinateurs pour qu'ils

    produisent les signaux analogiques ncessaires l'essai des circuits analogiques. La rponse analogique du circuit test est normalement convertie en en une valeur numrique par un CAN et rintroduire dans l'ordinateur pour tre mmorise, affiche et parfois analyse.

    Rglage numrique de l'amplitude : il est possible d'utiliser un CNA multiplicateur

    pour rgler numriquement l'amplitude d'un signal analogique. (Un CNA multiplicateur drive une sortie gale au produit d'une tension de rfrence par une entre binaire). Si la tension de rfrence est un signal qui varie dans le temps, la sortie du CNA suit ce signal mais son amplitude est conditionne par le code d'entre binaire. Une application typique de ceci est le "rglage de volume" numrique, dans laquelle la sortie d'un circuit numrique ou d'un ordinateur sert rgler l'amplitude d'un signal audio.

    On retrouve donc des CNA dans les lecteurs CD, les systmes d'acquisition (par ex. cartes vidos pour PC), et les modems.

    Exemple de chane de traitement.

    Un exemple trs rpandu de conversion et traitement de donnes est la chane de

    transformation du son, de l'enregistrement de la musique sa restitution par les enceintes acoustiques.

    Le son est capt par des micros, dont la trs faible tension de sortie est amplifie. Le signal peut tre numris directement ce niveau, et sera alors trait de faon entirement numrique (mixage...). Il peut aussi tre stock de faon analogique sur bande magntique, mix, et ensuite numris. L'avantage du traitement numrique rside dans le fait que les donnes sont inaltrables, contrairement aux donnes analogiques stockes sur bande magntique : celle-ci se dgrade lors des passages rpts sur les ttes de lecture.

    Le stockage est maintenant presque toujours numrique. Le lecteur de CD contient

    des convertisseurs numriques analogiques qui vont retransformer les informations numriques en signal analogique qui sera amplifi avant d'tre envoy aux enceintes.

  • FALLET Laurent PERRIN Guillaume GRISONI Florian

    Institut National des Sciences Appliques de Rouen -5-

    I Prsentation CAN et CNA Il existe principalement deux types de convertisseurs numrique / analogique : les

    convertisseurs rsistances pondres, et les convertisseurs rseau R/2R.

    a) Architecture Pour chaque convertisseur, on retrouve toujours la mme structure; seul les blocs de

    base change d'un convertisseur l'autre et en fait sa spcificit. Il est donc intressant d'tudier l'architecture mettant en vidence les points communs

    tous les convertisseurs.

    Architecture des CNA. Sur la figure, on voit 5 blocs : - un buffer numrique d'entre : celui-ci est charg de garder en mmoire la donne

    numrique pendant le temps de conversion ; il sert aussi d'interface entre les parties numrique et analogique du convertisseur.

    - une rfrence de tension : son importance est capitale pour la prcision de

    l'ensemble ; c'est elle qui donne le signal de rfrence servant la dtermination des tensions de sortie.

    - l'arbre de commutation (switching tree en anglais) : il est command par le buffer

    d'entre et va dterminer les rsistances qui seront alimentes par la rfrence de tension. - le rseau de rsistances : c'est un ensemble de rsistances, qui, aliment