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Liste des cours catégorie: Numérique - Convertisseurs

CAN et CNA

Généralités sur les techniques numériques.

Avantages des techniques numériques

L'échantillonneur bloqueur.

Conversion analogique numérique.

Etude du convertisseur analogique numérique à double rampe

Etude des convertisseurs analogiques numériques à rampes multiples

Convertisseur FLASH

La conversion numérique analogique.

Schéma fonctionnel et Fonction de transfert d'un CNA.

Convertisseur à réseau R/2R.


CAN. CAN à rampe analogique ou à rampe numérique.


Chaîne d'acquisition et de traitement numérique


CNA. CNA à résistance pondérée. CNA à réseau R-2R.


Conversion analogique-numérique et numérique-analogique

Caractéristiques d'un CNA (DAC)

CNA à réseau de résistances pondérées

Restitution du signal analogique initial

Fréquence d'échantillonnage

Influence de la résolution et de la fréquence d'échantillonnage

Les différents types de CAN (ADC)

Echantillonneur bloqueur


Conversion analogique-numerique et numerique-analogique

Dans cette partie on se propose d'étudier le spectre des signaux échantillonnés et la reconstruction analogique des signaux échantillonnés. La quantification des signaux et le bruit de quantification sont également traités.


Conversion analogique/numérique

Les technologies de CAN (simple&double rampes, à approx.) + TD


Conversions analogique-numérique et numérique-analogique

Après la définition du signal analogique, les deux types de convertisseurs sont présentés. Puisque les CAN sont d’un accès plus aisé (et contrairement à la progression la plus naturelle), ils sont abordés en premier lieu. Après les définitions et caractéristiques de base, les deux structures de base des CNA sont proposées : CNA à résistances pondérées et à réseau R-2R. Un exemple de circuit intégré permet d’illustrer les principes abordés. Enfin, le paragraphe s’achève sur le filtrage possible après la conversion pour atténuer le bruit de conversion. En second lieu, le CAN est présenté et un développement particulier est effectué sur le processus de conversion analogique-numérique pour introduire le vocabulaire et les notions importantes. D’abord échantillonner le signal analogique à l’aide d’un échantillonneur, puis le mémoriser le temps de la conversion grâce à un bloqueur. Le composant associé est d’ailleurs brièvement décrit. En corrélat, une brève évocation de la condition de Shannon présente le moyen d’évaluer la juste fréquence d’échantillonnage. Pour choisir les composants adaptés aux besoins, une partie présente les caractéristiques essentielles des CAN. Enfin quelques structures simple de convertisseurs sont décrites : convertisseur parallèle ou flash, à simple rampe, à double rampe, à pesées successives et semi-parallèle pour terminer.


Convertisseur A/N à approximations - simulation

La tension analogique à convertir est appliquée par l'intermédiaire d'un verrou (la valeur ne pas varier pendant la durée de la conversion) à l'entrée d'un comparateur. La tension à convertir doit-être comprise entre 0 et la valeur du potentiel de référence du convertisseur ERef.


Convertisseur A/N simple rampe - simulation

La tension à mesurer est comparée avec une rampe (linéaire en fonction du temps).

Cette rampe est produite par la charge d'un condensateur avec un courant constant . Tant que la tension de la rampe est inférieure à la tension à mesurer, on compte les impulsions délivrées par une horloge.


Convertisseur N/A R-2R - simulation

On réalise le réseau suivant avec des résistances de valeur R et 2R. La charge reliée à la sortie est infinie. Si l'inverseur Ki est relié à la masse ki = 0. Si Ki est relié au potentiel continu E alors ki = 1.


Convertisseurs a/n et n/a

Exemple de chaîne de traitement. Conversion analogique/numérique (principe de fonctionnement, plage de conversion, dynamique, erreur de quantification et amélioration ). Conversion numérique/analogique.(résolution, plage de conversion.), erreurs de conversion. Erreur de gain. Erreur d'offset. Erreurs de linéarité. Monotonicité (CNA). Codes manquants (CAN). Temps d'établissement (CNA). Temps de conversion (CAN). Précision du convertisseur.


Convertisseurs A/N sigma delta

Il est très difficile d'obtenir une conversion analogique digitale qui soit à la fois précise et rapide.

Les convertisseurs à double rampe et les convertisseurs à approximations successives sont précis, mais peu rapides.

Les convertisseurs flash (à comparaisons multiples directes) sont rapides, mais il est difficile d'ajuster les comparateurs internes de poids fort avec une précision de l'ordre de celle du bit de poids faible.

Les nouveaux moyens de communication requièrent pourtant des performances élevées, peu dispersées d'un composant à l'autre, dérivant peu dans le temps, et qui soient compatibles avec un coût raisonnable.

Ce coût dépend entre autres de la quantité de réglage en ligne de production. Il est aussi moindre lorsque le circuit intégré implémentant la fonction est seulement logique.


Convertisseurs Analogique / Numérique

Dans cette leçon, on introduit le concept de convertisseur analogique / numérique, une discussion sur la nature des signaux électroniques, ainsi que le théorème d'échantillonnage de Shannon. Ce dernier permet ce cerner une limitation physique à la rapidité d'échantillonnage des signaux analogiques. On passe en revue les principaux types de convertisseurs, en discutant leurs performances.

Echantillonnage de signaux

Convertisseurs à intégration analogique

Convertisseurs à intégration numérique

Convertisseurs à approximations successives

Convertisseurs Flash

Caractéristiques générales des convertisseurs A/N

Exemple de convertisseur A/N : le ADC 0800

Exercice: Application du théorème de Shannon

Exercice: Analyse du convertisseur simple rampe

Exercice: Analyse du convertisseur à intégration numérique

Exercice: Analyse du tracking converter

Exercice: Analyse du convertisseur à approximations successives

Exercice: Analyse du convertisseur flash

Exercice: Fiche technique de l'ADC 0800


Convertisseurs analogique – numérique

Théorie de la conversion A/D, critère de Nyquist (de Shannon), repliement spectral, filtre anti-repliement, rapport signal sur bruit SNR (SNRWH), rapport signal sur bruit et distorsion SINAD. Nombre effectif de bits ENOB, plage dynamique sans parasite SFDR, distorsion harmonique totale THD, convertisseur Flash parallèle, convertisseur à approximation successive, configuration d’un DAC à capacités commutées. Convertisseurs A/D Pipelined (Subranging), convertisseur sigma delta, dNL Erreur de linéarité différentielle. Non linéarité intégrale, erreur de gîte de fréquence d’échantillonnage. Méthode « dos à dos », test par histogramme.


Définition des caractéristiques des convertisseurs : CAN – CNA

Caractéristique de transfert idéal

Erreurs des convertisseurs

Erreur d’offset

Erreur de gain

Erreur de linéarité différentielle (dnl)

Erreur de linéarité intégrale (inl)

Caractéristique totale sans compensation

Erreur d’hystérésis

Erreur de monotonicité


Définition des caractéristiques des convertisseurs : can – cna

Caractéristique de transfert idéal, erreurs des convertisseurs, erreur de linéarité différentielle (dnl), erreur de linéarité intégrale (inl), caractéristique totale sans compensation, erreur d’hystérésis, erreur de monotonicité .


Echantillonneur Bloqueur

Interrupteur fermé

Interrupteur ouvert

Présence d’une résistance d’entrée

Constitution de l’E/B

Erreur introduite par l’E/B

Echantillonnage blocage

Exemple de caractéristiques


Echantillonneur bloqueur

Le rôle d’un échantillonneur bloqueur (E/B) est de maintenir constante l’amplitude de l’échantillon prélevé tous les Te durant le temps nécessaire à sa conversion. Te représente la période d’échantillonnage


Échantillonneur-bloqueur


La chaîne d’acquisition - restitution

Capteur

Amplificateur de signal

Filtre d’entrée

L’échantillonneur

Le convertisseur analogique numérique (can)

La zone de stockage

Le convertisseur numérique analogique (cna)

Le filtre de sortie

Amplificateur de puissance


La conversion de données

1-De l’analogique vers le numérique, 2-Exemples de systèmes numériques grand-public, 3-Exemples de systèmes numériques professionnels, 4-Échantillonnage d’un signal analogique

5-Exemple de signaux échantillonnés, 6-Calcul du spectre d’un signal échantillonné, 7-Spectre d’un signal sinusoïdal échantillonnée

8-Spectre d’un signal quelconque échantillonné, 9-Choix de la fréquence d’échantillonnage, 10-La vie de Claude E. Shannon

11-Exemples de fréquences d’échantillonnage, 12-Le phénomène de repliement de spectre, 13-Le filtre anti repliement

14-Illustration du rôle du filtre anti repliement, 15-Exemples de filtres anti repliement, 16-Filtre anti repliement numérique

17-Système d’acquisition àferéglable, 18-L’échantillonneur-bloqueur, 19-La quantification linéaire

20-L’erreur liée àla quantification, 21-Le bruit de quantification, 22-Amplitude du signal et rapport S/B

23-Les quantifications non-linéaires, 24-Restitution d’un signal analogique, 25-La courbe de réponse du bloqueur

26-Spectre du signal en sortie du bloqueur, 27-Filtre compensateur de sinus cardinal, 28-Circuit d’entrée-sortie pour DSP

29-Restitution par suréchantillonnage, 30-Exemple de circuit àsuréchantillonnage, 31-Exemple de carte d’acquisition

32-Exemple d’enceintes acoustiques numériques, 33-Exemple d’analyseur de signal FFT, 34-Les différents types de filtres passe-bas


Les convertisseurs analogiques numériques

Le convertisseur simple rampe, le convertisseur à rampe numérique, le convertisseur double rampe (ou par intégration). Le convertisseur par pesées (approximations) successives, le convertisseur Flash (ou par comparaison directe). Le convertisseur semi-flash, convertisseur Pipeline, convertisseur Algorithmique, convertisseur à suréchantillonnage, convertisseur Sub-ranging, structure Delta sigma.


Les Convertisseurs Analogiques Numériques

Les convertisseurs à intégration

Convertisseur simple rampe

Convertisseur à rampe numérique

Convertisseur double rampe (ou par intégration

Convertisseur par pesées (approximations) successives

Convertisseur flash (ou par comparaison directe)

Convertisseur semi-flash

Bilan comparatif rapide des can

Convertisseur pipeline

Convertisseur algorithmique

Convertisseur à suréchantillonnage


Les convertisseurs numériques analogiques

CNA à résistances pondérées (parallèles), réseau R-2R : structure en échelle à commutation de courant. Exemple de CNA à réseau R-2R : AD7532 ou DAC830. Modélisation d’un CNA R-2R, application des CNA : multiplieur / diviseur.


Les Convertisseurs Numériques Analogiques

Cna à résistances pondérées (parallèles)

Réseau r-2r : structure en échelle à commutation de courant

Exemple de CNA à réseau R-2R : ad7532 ou dac830

Modélisation d’un cna R-2R

Montage de sortie associé

Glitch

Application des cna : multiplieur / diviseur


Multiplexeur


Principe de la conversion Analogique / Numérique par approximations successives

Cette technique de conversion est simple à implémenter sur un microcontrôleur


Représentation numérique d'une grandeur : codage


Surechantillonnage et décimation

Les fonctions devant effectuer une conversion analogique numérique sur une grande plage avec une grande résolution nécessitent des convertisseurs analogiques numériques souvent coûteux.


Théorème de Shannon


Théorie de l’échantillonnage et de la quantification

Théorie de l’échantillonnage

Modélisation de l’échantillonneur bloqueur

Théorie de la quantification

Caractéristiques du bruit de quantification

Choix du nombre de bits de quantification

Prise en compte du rapport signal sur bruit

Codage unipolaire

Codage bipolaire