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Cours ADC
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Cours ADC

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Description

A. PRINCIPE DE LA CONVERSIONGRANDEUR PHYSIQUE ETCAPTEURLes signaux analogiques sont l’imagesdes variations des grandeurs physiquesSIGNAL ANALOGIQUEtelles que :• température,•pression, CONVERTISSEURANALOGIQUE/NUMERIQUE• débit,…qui varient continuellement dans le temps.TRAITEMENT ETles signaux numériques (ou digitaux), quiSTOCKAGE DE L’INFO.sont matérialisés par des impulsions :• discrètes,•quantifiées, CONVERTISSEURNUMERIQUE/ANALOGIQUE• codées,facilitent le traitement et le stockage desinformations.EXPLOITATION EXPLOITATIONNUMERIQUE ANALOGIQUE Organisation générale de la fonction conversionLa fonction conversion analogique-numérique consiste à transformer une grandeur électriqueen une grandeur numérique exprimée sur N bits. Cette grandeur de sortie représente, dans lesystème de codage qui lui est affecté, un nombre proportionnel à la grandeur analogiqued’entrée.Entrée Sortie / #analogique numérique(courant ou sur N bitsou tension)D’une manière générale, convertir une grandeur analogique en une grandeur numériquenécessite deux opérations :- la quantification : opération qui consiste à associer une valeur analogique à la pluspetite variation mesurable entre deux valeurs codées distinctes en sortie. Cettevaleur est appelée quantum.q = DD Ve = V - VMAX ref+ ref-n n 2 2q : quantum (V), aussi appelé résolutionD Ve : c’est l ‘écart entre la valeur ...

Informations

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Nombre de lectures 41
Langue Français

Extrait

Fo
nctio
n
co
nve
rsio
n
a
nalogique/
numérique
Page 1
A.
PRIN
CIPE DE LA CONVERSION
Les si
gna
ux anal
o
giques s
on
t
l
’images
des va
ria
ti
ons des grandeurs
physiques
telles que :
•
tempéra
ture,
•
pressi
on,
•
débi
t,…
q
ui va
rien
t
c
on
tinuellemen
t
dans le
temps.
les si
gna
ux n
umé
riques (
ou di
gi
ta
ux), qui
s
on
t
ma
té
rialisés par des imp
ul
si
ons :
•
discrè
tes,
•
quan
tifiées,
•
c
odées,
facili
ten
t
le
trai
temen
t
et le st
ockage des
i
nf
o
rma
ti
ons.
Organisation générale de la fonction conversion
La f
onc
ti
on c
onversi
on anal
o
gique
-n
umé
rique c
onsis
te à transf
o
rmer une grandeur élec
trique
en
une grandeur n
umé
rique exp
rimée sur N bi
ts. Cet
te grandeur de s
or
tie représen
te, dans le
sys
tème de c
odage qui l
ui es
t
affec
té, un n
ombre pr
op
or
ti
onnel à la gran
deur anal
o
gique
d’en
trée.
En
trée
Sor
tie
anal
o
gique
n
umé
rique
(c
ouran
t
ou
sur N bi
ts
ou
tensi
on)
D’une manière générale, c
onver
tir une grandeur anal
o
gique en une grandeur n
umé
rique
nécessi
te de
ux
opéra
ti
ons :
-
la quan
tifica
ti
on :
opéra
ti
on q
ui c
onsis
te à ass
ocier
une valeur anal
o
gique à la
plus
pe
ti
te va
ria
ti
on mesurable en
tre deux valeurs c
odées
dis
tinc
tes en s
or
tie. Ce
t
te
valeur es
t
appelée
quantum.
q =
∆
Ve
MAX
=
V
ref+
- V
ref-
2
n
2
n
q : quantum (V), aussi appelé résolution
∆
Ve
M
AX
: c’est l ‘écart entre la valeur mini et maxi de Ve à numériser (V)
n : nombre de bits en sortie du convertisse
ur
-
Le c
odage :
opéra
ti
on q
ui assi
gne une valeur n
umérique à chac
un de ces nivea
ux.
Les c
odages les
pl
us c
ourammen
t
u
tilisés s
on
t :
♦
Le binaire na
turel, p
our les n
ombres n
on si
gnés,
♦
Le c
om
plémen
t
à 2 p
our les n
ombres si
gnés,
♦
Le c
ode binaire si
gné.
EXPLOI
TA
TION
NUMER
I
QUE
TRAI
TEM
EN
T
E
T
S
TOCKA
GE
DE L’I
NFO.
CONVER
TISS
EU
R
NUMER
I
QUE/A
NALOGI
QUE
EXPLOI
TA
TION
A
NALOGI
QUE
GRA
ND
EUR PH
YSI
QU
E
E
T
CAP
T
EUR
SIG
NA
L
A
NALOGI
QUE
CONVER
TISS
EU
R
A
NALOGI
QU
E/
NUMERI
QUE
∩
/ #
Fo
nctio
n
co
nve
rsio
n
a
nalogique/
numérique
Page 2
B.
LES CONVERTISSE
URS A INTEGRATION
Leur princi
pe c
onsis
te à c
omparer, en
temps c
on
tr
ôlé, la
tensi
on E à n
umé
riser à une
tensi
on
q
ui cr
oî
t
linéairemen
t
avec le
tem
ps. Cet
te rampe anal
o
giq
ue es
t
générée, le
plus s
ouven
t, par
un m
on
tage in
tégra
teur à A.I.L.
a)
C
onver
tisseur sim
ple rampe :
Le c
omp
teur f
onc
ti
onne en m
ode c
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tage
tant que la rampe de
tensi
on R n’a pas a
t
tein
t
la valeur de la
tensi
on à n
umé
riser (valeur à par
tir de laq
uelle le c
omp
teur est st
oppé).
Ainsi,
on
ob
tien
t
en s
or
tie du c
omp
teur un mo
t
binaire représen
ta
tif de la
tensi
on E.
Bien que présen
tan
t
une excellen
te linéa
ri
té, il es
t
len
t, peu fiable, peu précis e
t
très
sensi
ble a
ux br
ui
ts. Ce c
onver
tisseur es
t
de plus en
pl
us délaissé au pr
ofi
t
du c
onver
tisseur
à d
ouble rampe.
b)
C
onver
tisseur d
ouble ram
pe :
Cet
te f
ois-ci, la
tensi
on E est appliquée à l’en
trée du m
on
tage généra
teur de rampe
(m
on
tage
in
tégra
teur) pendan
t
un
temps prédé
terminé.
Un c
omp
teur mesure ce
tem
ps, s
oi
t
N1
imp
ulsi
ons. Ens
ui
te la l
o
gique de c
ommande c
ommu
te l
’en
trée du généra
teur de ram
pe sur
une
tensi
on de référence E
ref
de p
ola
ri
té
opp
osée à la
tensi
on E. La
tensi
on de s
or
tie décr
oî
t
linéairemen
t
j
usqu’à s’ann
uler. Un c
omp
teur mesure la durée de cet
te décr
oissance, s
oi
t
N2
imp
ulsi
ons. La valeur de la
tensi
on à c
onver
tir es
t
d
onnée par la rela
ti
on
:
E = E
ref
. N1
Dans ce
type de c
onver
tisseur :
N2
-
la première ram
pe es
t
à
temps constant
,
-
la sec
on
de à
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.
Ce c
onver
tisseur es
t
sim
ple, précis, éc
on
omique m
ais len
t.
Fo
nctio
n
co
nve
rsio
n
a
nalogique/
numérique
Page 3
C.
LE CONVERTISSEUR
A APPROXIMATIONS SUCCESSIVES
La
tensi
on d’en
trée à c
onver
tir es
t
appliquée à
une des en
trées du c
ompara
teur.
Elle es
t
c
omparée à des
tensi
ons successives de
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omme s’effec
tue la pesée d’une
marchan
dise sur une balance par le ch
oix de p
oids
successifs d
on
t
on fai
t
la s
omme.
Chaque bi
t
affec
té à un p
oids re
tenu es
t
c
onsidéré
à l’é
ta
t
l
o
gique « 1 ».
T
ous les bi
ts avec leurs é
ta
ts 0
ou 1 s
ont
regr
oupés dans
un m
o
t
binaire q
ui es
t
l’expressi
on
n
umé
rique de la valeur anal
o
gique d’en
trée.
Organigramme de
fonctionnement :
Exemple :
début
NON
OUI
NON
OUI
Fin de c
onversi
on
Description :
La
tensi
on d’en
trée est de 7V.
La
tensi
on de référence ap
pliquée au CNA q
ui génère les valeurs de
tensi
on es
t
10V.
Le 1
er
p
oi
ds ap
pliq
ué au c
ompara
teur (V-) es
t
5V, s
oi
t
la m
oi
tié de la
tensi
on de référence.
Le sec
ond p
oi
ds es
t
le quar
t
(s
oi
t
2,5V), le 3
ème
le h
ui
tième, le 4
ème
le seizième… j
usqu’au
p
oids du bi
t
le
pl
us fai
ble, s
oi
t
b
0
q
ui a p
our valeur : 10 = 10 = 10 = 0,039V.
2
n
2
8
256
Tous les bits sont à
« 0 »
Mett
re à « 0 » le bit cou
rant
Déplace
r
à d
roite le pointeur ve
rs
le bit d’o
rd
re i
nfé
rieu
r
Fin du mot
Mett
re à « 1 » le bit d’ord
re élevé
Gé
né
re
r
la so
rtie a
nalogique
Résultat > e
nt
rée
Fo
nctio
n
co
nve
rsio
n
a
nalogique/
numérique
Page 4
D.
CONVERTISSE
UR PARALLELE OU FLASH
Une chaîne de 2
n+1
résis
tances dé
termine un
échel
onnemen
t
de valeurs
dis
tan
tes de q e
t
c
omp
rises en
tre V
max
e
t
V
min
(sa
uf p
our la
première q
ui es
t
dis
tan
te de q/2). Chaque
valeur es
t
ap
pliq
uée à l’une des en
trées de 2
n
c
ompara
teurs. Le po
ten
tiel Ve es
t
ap
pliqué
sur
la
deuxième
en
trée
de
chaque
c
ompara
teur
e
t
t
ous
les
c
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teurs
c
orresp
ondan
t
à des nivea
ux infé
rieurs
ou
égaux à Ve basc
ulen
t
sim
ul
tanémen
t. Le
c
odage est ens
ui
te effec
tué ins
tan
tanémen
t
par un déc
odeur (
ou une struc
ture l
o
gique).
Inconvénient :
il fau
t
255 c
om
para
teurs p
our
une c
onversi
on sur 8 bi
ts.
E.
CARACTE
RISTIQ
UES DES C.A.N.
♦
Pleine échelle : E
tendue de la grandeur anal
o
gique d’en
trée. No
tée U
pe
.
♦
Rés
olu
ti
on : Am
pli
tude de la
plus pe
ti
te va
ria
ti
on de la s
or
tie. Elle c
orresp
ond au LSB,
(Las
t
Si
gnifican
t
Bi
t) bi
t
de p
oi
ds fai
ble. No
tée r
ou q.
♦
Temps de c
onversi
on : C’es
t
le
temps mi
nim
um nécessaire au c
onver
tisseur p
our s
tabiliser
une d
onnée n
umé
rique en s
or
tie après qu’une
tensi
on anal
o
giq
ue ai
t
é
té appliquée à
l’en
trée du C.A.N. No
tée T
c
.
♦
Erreur de décala
ge : C’es
t
l’écar
t
en
tre la valeur réelle de la grandeur d’en
trée et la valeur
thé
orique de cet
te grandeur q
ui f
ournirai
t
le même m
o
t
binaire en s
or
tie.
♦
Erreur de gain :
Elle se
tradui
t
par la
différence qu
’il exis
te en
tre le maxim
um de la valeur
anal
o
gique d’en
trée e
t
la valeur
thé
orique du
pl
us grand m
o
t
binai
re de s
or
tie.
♦
Erreur de linéa
ri
té : Elle se carac
térise par l’écar
t
maximal en
tre la c
ourbe réelle e
t
la
dr
oi
te idéale.
Elle s’exp
rime en % de
∆
Ve.
♦
Erreur de quan
tifica
ti
on :
Elle es
t
sys
téma
tique de la c
onversi
on anal
o
gique-n
umé
rique.
Elle vau
t : ± ½ LSB.
♦
Exem
ple de c
odage des valeurs
♦
C
onversi
on unip
olai
re : Pe
rme
t
de c
onver
tir des
tensi
ons anal
o
giq
ues d’en
trée :
-
p
osi
tives (V
ref+
= +V ; V
ref-
= 0) : 0 < Ve < V
ref+
- q
-
néga
tives (V
ref-
= -V ; V
ref+
= 0) : -(V
ref-
+ q) < Ve < 0
♦
C
onversi
on bip
olai
re : Pe
rme
t
de c
onver
tir des
tensi
ons p
osi
tives e
t
néga
tives :
-(V
ref-
+ q) < Ve < V
ref+
- q
Fo
nctio
n
co
nve
rsio
n
a
nalogique/
numérique
Page 5
F.
APPLIC
ATIONS
a)
E
tude du c
onver
tisseur sim
ple rampe :
La p
rincipe es
t
cel
ui pr
op
osée au § B) a.
La struc
ture es
t
la s
uivan
te :
S1
Ve
C
R
S2
N
H
Les chr
on
ogrammes rela
tifs au f
onc
ti
onnemen
t
de la s
truc
ture s
on
t
les s
uivan
ts :
H
Th
t
R
+U
Ve
T
t
t1
t2
-U
S1
S2
C
a)
D
onner en le jus
tifian
t
le ré
gime de f
onc
ti
onnemen
t
des A.I.L. C1 e
t
C2.
b)
D
onner l’équa
ti
on l
o
giq
ue du si
gnal C.
c)
C
om
plé
ter l’allure des si
gna
ux S1, S2 et C sur les chr
on
ogrammes ci-dessus.
d)
D
onner la valeur
thé
orique du n
ombre N dans ce cas.
+
C1
+
C2
Gé
né de
rampe
&
H
Compteu
r
Les A.I.L. sont alimentés ent
re Vcc et
la masse.
Ve est la gra
ndeu
r
à numé
rise
r
N est le mot de sortie.
Fo
nctio
n
co
nve
rsio
n
a
nalogique/
numérique
Page 6
e)
On veu
t
dém
on
trer que N = f (Ve)
1.
Durée des imp
ulsi
ons sur C :
d’
où :
N =
Pé
ri
ode du si
gnal d’h
o
rl
oge :
2.
D
onner l’équa
ti
on de la rampe présen
te sur R.
Rappel :
équa
ti
on d’une ram
pe : u = a t + b.
3.
Exp
rimer
t2 en f
onc
ti
on de T, U e
t
Ve.
4.
Exp
rimer
t1 en f
onc
ti
on de T.
5.
Dé
terminer la rela
ti
on lian
t
N à T, U, Th e
t
Ve.
Si N = K Ve ; D
onner l’expressi
on de K.
b)
E
tude du c
onver
tisseur flash :
La s
truc
ture pr
op
osée p
our réaliser le c
onver
tisseur parallèle es
t
la s
uivan
te :
a)
D
onner les expressi
ons des po
ten
tiels
V+ des c
ompara
teurs A1 à A7 en f
onc
ti
on de E
ref
.
b)
Calc
uler la valeur du quan
tum q de ce c
onver
tisseur.
c)
Le
tableau s
uivan
t
décri
t
l’év
olu
ti
on du c
ode de s
or
tie (c
ons
ti
tué de MSB, bi
t2 e
t
bi
t3) que
l’
on désire en f
onc
ti
on des valeurs d’en
trée.
Grandeur
d’en
trée
0<E<q
q<E<2q
2q<E<3q
3q<E<4q
4q<E<5q
5q<E<6q
6q<E<7q
7q<E<8q
MSB
0
0
0
0
1
1
1
1
Bi
t
2
0
0
1
1
0
0
1
1
Bi
t
3
0
1
0
1
0
1
0
1
Dé
terminer les équa
ti
ons de MSB, Bi
t
2 et Bi
t3 en f
onc
ti
on de S1, S2, S3,…,S7.
d)
Pr
op
oser une s
truc
ture l
o
gique validan
t
le f
onc
ti
onn
emen
t
du c
onver
tisseur.
S7
S6
S5
S4
S3
S2
S1
?
  • Univers Univers
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