Transcript CONVERSION NUMERIQUE ANALOGIQUE

TSTI2D - SIN
Lycée Eugène IONESCO
STI2D - Système d'Information et Numérique
SIN
TD
TP
Cours
Synthèse
Devoir
Evaluation
Projet
Document ressource
CONVERSION NUMERIQUE ANALOGIQUE
1 – INTRODUCTION
CONVERSION
NUMERIQUE
→
ANALOGIQUE
01011...
11001...
10111...
11101...
01001...
Un seul composant réalise généralement cette fonction : Le convertisseur numérique analogique
(CNA).
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
#/∩
∩
VS
Le CNA fournit sur sa sortie une intensité proportionnelle à la
valeur décimale du mot binaire d'entrée. Il faut lui adjoindre
un étage à AIL qui réalise la fonction "conversion
courant/tension" si l’on veut récupérer en sortie de la fonction
une ddp analogique VS.
#/∩
∩ : Symbolisation normalisée signifiant
conversion numérique analogique.
La grandeur d'entrée étant une suite de nombres binaires, en sortie on dispose d'un signal analogique
discontinu (par palier). Une cellule de filtrage passe-bas permettra de lisser le signal de sortie si on le
souhaite.
Convertisseurs Numériques Analogiques
Page n°1/5
TSTI2D - SIN
Lycée Eugène IONESCO
2 – DEFINITIONS
2.1 – Résolution et quantum d'un CNA
A une information numérique d'entrée N2 = % b n−1 L b 2 b 1 b0 de n bits, un CNA fait correspondre une
ddp analogique de sortie VS proportionnelle à la valeur décimale du mot binaire d'entrée :
=
VS = q × N10
VS = q × (2
n-1
2
1
0
×bn-1 + … + 2 ×b2 + 2 ×b1 + 2 ×b0)
VS en volts (V)
q en volts (V)
Pour le CNA, la résolution numérique est le nombre de bits n du mot binaire d'entrée.
Le coefficient de proportionnalité q est appelé quantum du convertisseur. Il correspond à la plus petite
variation de la tension de sortie. Il est souvent noté dans les documentations constructeurs par LSB.
La valeur du quantum dépend de la tension Pleine Echelle (Full Scale Range), elle est donnée par la
relation :
FSR VREF++ − VREF−−
q=
=
2n
2n
2.2 – Caractéristique de transfert
VS (V)
5
quantum
Représentation graphique de la fonction de
transfert c’est à dire de la relation qui fait
correspondre à la tension analogique d'entrée la
valeur correspondante du mot binaire de la
sortie.
FSR
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
N10
2.3 – Temps d'établissement (Settling time)
La durée de conversion d'un CNA est quantifiée par le temps d'établissement. C'est le temps minimum
nécessaire à la stabilisation de la ddp de sortie VS après une transition du mot numérique appliqué à
l'entrée du CNA.
Convertisseurs Numériques Analogiques
Page n°2/5
TSTI2D - SIN
Lycée Eugène IONESCO
2.4 – Erreurs des CNA
a) Précision (Accuracy)
Elle caractérise l'écart maximal entre la valeur théorique de sortie et la valeur réelle. Elle tient compte
de toutes les erreurs citées ci-après. Elle s'exprime en % de la valeur pleine échelle ou en multiple du
quantum.
b) Erreur de décalage (Offset error)
Elle caractérise l'écart entre la tension nulle
correspondant au code [00L 000] et la tension
de sortie réelle. Elle est due à la présence
d’offset des AIL et comparateurs au sein du
convertisseur. Elle s'exprime en % de la valeur
pleine échelle ( ± 0 ,2 % FSR ) ou en multiple du
quantum.
VS (V)
5
Erreur de décalage
On peut la compenser par un circuit externe en
ramenant l’écart sur le code nul à zéro.
0
0 1 2 3 4 5 6 7
N10
c) Erreur de linéarité (Nonlinearity)
VS (V)
5
Elle est définie par la position de la courbe réelle
par rapport à la courbe idéale. Elle caractérise la
variation autour de la sortie théorique de la sortie
réelle. Elle est exprimée en % de la valeur pleine
échelle ( ± 0 ,2 % FSR ) ou en multiple du quantum.
+X % de FSR
-X % de FSR
0
N10
0 1 2 3 4 5 6 7
d) Erreur de gain (Gain Error)
VS (V)
5
Erreur de
gain
Elle caractérise une pente différente entre la
caractéristique de transfert théorique et réelle. Elle
est exprimée en % de la valeur pleine échelle
( ± 0 ,2 % FSR ) ou en multiple du quantum.
0
Convertisseurs Numériques Analogiques
0 1 2 3 4 5 6 7
N10
Page n°3/5
TSTI2D - SIN
Lycée Eugène IONESCO
3 – LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES DES CNA
Il existe différentes méthodes pour convertir une tension numérique en tension analogique. Les
principales technologies sont :
Convertisseur à échelle de résistances pondérées
Convertisseur à échelle de résistances R-2R
Le tableau suivant permet mettre en évidence les avantages et les inconvénients de ces 2 technologies :
Type
Résistances
Pondérées
Vitesse
Précision
Résolution
Coût
Elevée
Elevée
Faible
Très onéreux
R-2R
Moyenne
Moyenne
Elevée
Peu coûteux
3.1 – CNA à résistances pondérées
L'amplificateur intégré linéaire assure
la fonction "conversion courant /
tension". La tension analogique de
sortie VS est égale à :
V
VS = − REF
× N10
2n
VS
Le quantum de ce convertisseur vaut
donc :
V
q = − REF
2n
Ce convertisseur nécessite l'utilisation de résistances de précision dont les valeurs s'échelonnent entre
n
R et 2 R. L'intervalle trop important entre les 2 valeurs extrêmes de résistances limite le nombre
d'entrées binaires du convertisseur. Pour ce type de CNA, le nombre maximal de bits n du mot binaire à
convertir ne dépasse pas 8.
Convertisseurs Numériques Analogiques
Page n°4/5
TSTI2D - SIN
Lycée Eugène IONESCO
3.2 – CNA à réseau R-2R
La ddp analogique de
sortie VS est égale à :
V
VS = − REF
× N10
2n
VS
Le quantum de ce
convertisseur vaut donc :
V
q = − REF
2n
Ce type de CNA est celui que l'on rencontre le plus fréquemment sous forme de circuit intégrés. Ils
offrent l'avantage par rapport aux précédents de ne nécessiter que 2 valeurs de résistances de
précision.
Convertisseurs Numériques Analogiques
Page n°5/5