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Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable Conversion analogique/numérique et numérique/ analogique Cours Ter STI2D SIN Généralités sur les techniques numériques : Organisation d'une chaine de traitement numérique L'exemple ci-dessous montre l'organisation d'une chaine de traitement numérique d'un signal sonore. Cet exemple peut être généralisé car la grande majorité des signaux à traiter ainsi que les parties opératives sont de nature analogique. Le traitement d'un signal se fait actuellement de façon numérique (µ-contrôleur). Par conséquent la chaine d'acquisition du signal est constituée d'un capteur (associé à son conditionneur), d'un amplificateur (si nécessaire) et d'un convertisseur analogique numérique. Après traitement le signal numérique est converti sous forme analogique par un convertisseur numérique analogique avant d'être amplifié (si nécessaire) pour piloter la partie opérative. Avantages : les systèmes numériques présentent les avantages suivants. Précision de mesure par la lecture numérique, précision de mesure liée au nombre de chiffres significatifs, enregistrement de signaux (traitement différé), traitement en temps réel, transmission possible sur de longues distances. Inconvénients : les inconvénients majeurs sont liés à la complexité des systèmes. Il est nécessaire de faire appel à des CAN et des CNA (erreur d'échantillonnage et temps de réponse). Etage de conversion analogique numérique CAN: Un étage de conversion AN est constitué d'un convertisseur analogique numérique (CAN ou ADC) précédé éventuellement d'une mémoire analogique (échantillonneur-bloqueur). Convertisseur analogique numérique : Un convertisseur analogique numérique fait correspondre à une tension d'entrée Ve un nombre binaire N codé sur 2n bits. N étant entier (quantifié) il peut correspondre à plusieurs valeurs de Ve. Les caractéristiques de transfert ci-après montrent le fonctionnement unipolaire (Ve >0) ou bipolaire d'un CAN. CAN_CNA Lycée Jules Ferry – Versailles 1/4 TSTI2D Cours Principales caractéristiques d'un CAN : Polarité : un CAN peu avoir un fonctionnement bipolaire ou unipolaire suivant qu'il peut accepter ou pas des tensions d'entrée symétriques par rapport à 0 (voir caractéristiques de transfert ci-dessus). Résolution : la résolution est exprimée en nombre de bits ou en % et traduit la sensibilité d'un convertisseur. Un convertisseur de 12 bits présente une résolution de 12 bits ou de 0,0244% (1/2 n exprimé en %). Quantum : le quantum (ou incrément) est la plus petite variation de Ve reconnue par le convertisseur (cette caractéristique est très voisine de la résolution). En appelant FSR (Full Scale Range) la tension pleine échelle et n la résolution on donne q= FSR/2 n. Le quantum est aussi appelé par abus de langage LSB (le quantum correspond au LSB dans un fonctionnement unipolaire). Temps de conversion : c'est temps nécessaire pour effectuer la conversion. Résultat de conversion: c'est le nombre de fois qu'on trouve le quantum dans la tension d'entrée. Erreur de conversion et précision : On distingue trois types d'erreurs : de décalage d'échelle et de linéarité. La précision est donné par la formule : p=max/FSR (exprimée en %) où max indique l'erreur maximale. CAN_CNA Lycée Jules Ferry – Versailles 2/4 TSTI2D Cours Echantillonneur-bloqueur: Un convertisseur analogique numérique ne peut pas effectuer la conversion instantanément. Il est indispensable que, durant le temps nécessaire à la conversion, la grandeur d'entrée ne varie pas. Pour cela on utilise un échantillonneur bloqueur qui joue le rôle de mémoire numérique. Le schéma en est donné ci-dessous. Il est organisé autour de deux amplificateurs opérationnels câblés en suiveur de tension (adaptation d'impédance) et d'un condensateur dont la charge est régie par un interrupteur commandé. D'après le théorème de Shannon la fréquence d'échantillonnage doit être au moins le double de la fréquence du signal analogique (ou du plus haut harmonique que l'on veut convertir). Les chronogrammes ci-dessous montrent la tension de sortie Vs d'un échantillonneur bloqueur. CAN_CNA Lycée Jules Ferry – Versailles 3/4 TSTI2D Cours Etage de conversion numérique analogique CNA: Principe mathématique : Si on appelle N un mot binaire, on peut écrire N =D n-1Dn-2………D2D1D0 . Effectuer une conversion numérique analogique consiste à associer au nombre N une grandeur analogique (une tension) Vs telle que : Vs=q.(Dn-1.2n-1+Dn-2.2n-2+….+D1.2+D0) . Cela revient à multiplier l'équivalent décimal de N par une quantité élémentaire q. Caractéristiques : Caractéristique de transfert : La caractéristique de transfert ci-contre traduit le fonctionnement unipolaire d'un CNA. Cette caractéristique est issue de la caractéristique d'un CAN après symétrie. Polarité : Un CNA peut avoir un fonctionnement unipolaire (caractéristique ci-contre) ou bipolaire (Vs est >0 ou <0 suivant N). La caractéristique se déduit de la précédente par un décalage de Vsmax/2. Quantum : La quantité élémentaire q est appelée quantum ou incrément. C'est la plus petite variation possible de Vs. Par abus de langage le quantum est parfois appelé LSB. Sa valeur dépend la résolution du convertisseur et de sa polarité. D'une façon générale q=FSR/2n où FSR (Full Scale Range) correspond à la tension pleine échelle : Vsmax-Vsmin. Temps de conversion : c'est le temps nécessaire à l'exécution de la conversion. CAN_CNA Lycée Jules Ferry – Versailles 4/4