Convertisseur analogique-numérique
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Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN, ADC pour Analog to Digital Converter ) est un montage électronique dont la fonction est de générer à partir d'une valeur analogique, une valeur numérique (codée sur plusieurs bits), proportionnelle à la valeur analogique entrée. Le plus souvent il s'agira de tensions électriques.
Il existe plusieurs solutions pour convertir un signal analogique en signal numérique elles sont classées ici dans l'ordre de la moins rapide à la plus rapide.
Sommaire |
[modifier] Convertisseur à double rampe
Cette évolution des convertisseurs à simple rampe permet de s'affranchir de la dérive naturelle des composants qui le compose. Son fonctionnement repose sur une comparaison entre une référence et le signal à convertir.
La conversion se déroule en 3 étapes :
- On charge une capacité avec un courant proportionnel au signal à convertir pendant un temps fixe (le temps du comptage complet du compteur);
- On décharge en suite la capacité avec un courant constant issue de la tension de référence, jusqu'à annulation de la tension à ses bornes.Lorsque la tension devient nulle, la valeur du compteur est le résultat de la conversion;
- On annule enfin la tension aux bornes de la capacité par une série convergente de charges et de décharge (l'objectif étant de décharger totalement la capacité pour ne pas fausser la mesure suivante). On parle en général de phase de relaxation.
Ces convertisseurs sont particulièrement lents (quelques dizaine de milliseconde par cycle, et parfois quelques centaines), et très précis (plus de 16 bits). Ils dérivent peu (dans le temps, comme en température).
[modifier] Convertisseur à simple rampe
On réalise au moyen d'un compteur et d'un convertisseur numérique-analogique une rampe de tension. Un comparateur arrête le compteur lorsque la tension créée par le CNA atteint la tension à convertir. Le compteur indique alors le résultat sur N bits, qui peut être stocké ou traité.
Ces convertisseurs sont soumis à une forte dérive en température, ils sont donc peu précis et d'une rapidité un peu plus faible (en moyenne) que les convertisseurs à approximations successives.
[modifier] Convertisseur à approximations successives
Par un processus de dichotomie, le séquenceur (généralement nommé SAR pour Successive Approximation Register) du convertisseur va générer un nombre binaire qui va être traduit par un CNA sous forme d'une tension analogique, qui est alors comparée au signal à convertir. Le résultat de la comparaison est alors introduit dans le SAR et le processus de dichotomie continue jusqu'à complétion. Par comparaison aux convertisseurs à simple rampe, les valeurs ne sont pas données dans l'ordre linéaire, mais successifs (le bit de poids fort étant positionné en premier et ainsi de suite jusqu'au bit de poids faible).
Bien que constitué des mêmes éléments qu'un convertisseur à simple rampe, le convertisseur à approximation successive est généralement plus rapide. Sa stabilité dans le temps est correcte, mais il a une tendance à dériver en température.
Les convertisseurs à approximation successives (parfois aussi appelés convertisseurs à pesées successives) ont des temps de conversion de l'ordre de la dizaine de microseconde, pour des précisions d'une douzaine de bits.
[modifier] Convertisseur flash
Le principe est de générer <math>2^{N}\;</math> tensions analogiques au moyen d'un diviseur de tension à <math>2^{N}+1\;</math> résistances. Les <math>2^{N}\;</math> tensions obtenues aux bornes de chacunes des résistances est ensuite comparé dans <math>2^{N}\;</math> comparateurs au signal à convertir. Un bloc logique combinatoire relié à ces comparateurs donnera le résultat codé sur <math>N\;</math> bits en parallèle. Cette technique de conversion est très rapide, mais coûteuse en composants et donc utilisée pour les applications critiques comme la vidéo.
Les convertisseurs Flash ont des temps de conversion inférieurs à la microseconde mais une précision assez faible (de l'ordre de la dizaine de bits). Ce convertisseur est souvent très cher.
[modifier] Convertisseur Sigma Delta
Ce type de convertisseur est basé sur le principe du suréchantillonnage du signal d'entrée, avec une sortie sur un nombre de bits relativement faible (la plupart du temps sur 1 bit, c'est-à-dire 0 ou 1). En réalité, on ne convertit pas le signal d'entrée, mais l'intégrale de la différence entre l'entrée et la sortie ; cela crée un système asservi (la sortie est rebouclée sur l'entrée) qui fait osciller la valeur de l'intégrale à convertir autour d'une valeur de référence. La sortie numérique est sur 1 ou quelques bits à haute fréquence (la fréquence d'échantillonnage est élevée), qu'il faut filtrer par un filtre décimateur numérique qui augmente le nombre de bits en réduisant la fréquence d'échantillonnage. L'intérêt de ce genre de convertisseurs réside dans leur grande résolution de sortie possible (16, 24, 32, 64 bits voire plus) pour une bande passante d'entrée modérée ; c'est très adapté à la conversion de signaux analogiques issus de capteurs, dont la bande passante est souvent faible.
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