Analogique / Numérique Numérique / Analogiqueekladata.com/1CRicRbccAeq_l_VS8ebulZS6XQ/CNA_CAN-p... · 2 . Jusqu’en 1960-1970 : Traitement du signal analogique • Manque de fiabilité

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Conversions Analogique / Numérique

& Numérique / Analogique

T.CAMPS (09/2013)

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Jusqu’en 1960-1970 : Traitement du signal analogique

• Manque de fiabilité des résultats • Dérives et dispersions des caractéristiques des composants • Etude difficile et approximative (multi capteur, nonlinéaire) • Introduction d'artefacts - parasites - (bruits propre/externe) • Coût/Réglage des prototypes • Coûts élevés de construction en série Nombre de composants discrets analogiques à faible densité d'intégration : R, C, etc. Depuis 1970 : Avènement du microprocesseur (les convertisseurs sont apparus dans les 60’s )

CAN / CNA : Historique & Généralités

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Temps Amplitude

Continu

Discret

Continue Discrète

Signal analogique Signal quantifié

Signal numérisé Signal échantillonné

Calculateur

Filtre analogique / ampli

Après échantillonnage et discrétisation, on peut associer

un mot binaire au signal

Variante : échantillonné-bloqué

Sortie d’un Echantillonneur

/ Bloqueur

Signal logique idéalisé

Monde réel macros.

Du signal continu au signaux numérisés

Monde physique

Monde physique

Calculateur Stockage

Traitement

CAN ADC

n

CNA DAC m Signal est continu

en temps & amplitude

Signal discrétisé en temps et amplitude

Données numériques

Entrées => CAN / CNA => Sorties

Filtre antirepliement

E / B CAN

Contrôle

n bits

Signal Multiplexeur

analogique

Chaîne d’entrée

Cap

teur

s

CNA

Contrôle

Filtre de lissage m bits Ampli.

Actionneurs

Chaîne de sortie

Capteurs Réceptions Actionneurs

Transmission Affichage

Signal est continu en

temps & amplitude

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Système industriel

Multiplexage éventuel (multi capteurs, système réparti )

Système lent Calculateur rapide

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CNA

CAN

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9

Fréquence d’échantillonnage?

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12

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Féchantillonnage

FEchantillonnage

Théorême de Schanonn

Féchan. > 2*Fmax

Filte Anti repliement

Fmax

Bruit HF

E / B Filtre anti-repliement

CAN Entrées analogiques Multiplexeur

analogique

Féchan.< 2*Fmax

Il y a repliement

Fréquence d’échantillonnage?

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Impact du filtre anti-repliement

Sans et Avec le filtre anti repliement

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Echantillonneur Bloqueur (E/C ou S/H)

Principe : Echantillonne, en fermant T1, en chargant C, puis on bloque (ouvrant T1), enfin avant la prochaine acquisition, on décharge C (T2 Fermé)

T1

T2

Cde Echan. Cde R.à.Z

Signal à temps continu

Signal échantillonner

Signal d’entrée analogique

Signal échantillonné-bloqué

I1

Cde Echan.

Signal à temps continu

Signal échantillonner +

-

+ -

ZO (i-1)

VSig.

VIn ZL

C VOut

ZIn (suiveur) =Ad.Zd~∞

VIn = VSig ZO(i-1)<<ZIn (E/B)

VOut = VSig.(te) ZL>>ZO (E/B)

Pas de décharge (Zi2~ ∞) Faible temps de charge (Zo1.C~0)

ZOut (suiveur) =Zo/Ad

qques µΩ

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Offset

Input

Output

Cde S/H

Ref logique

LF 396 (TI)

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Interrupteur analogique Inter. analog

C

Cde Echan.

Signal continu en temps

Signal Échan.

Cahier des charges : Faible impédance série qd l’Inter. Ouvert (<100Ω)

Forte impédance qd l’Inter. ouvert (>1GΩ) Conduction bidirectionnelle (signaux alternatif)

Faible puissance de commande (qques µW) Temps de fermeture/ouverture réduit (µs)

multiplexeur

Sélection d’une entrée sur 2n

n = nbes de bits d’adressage

Exemple de multiplexeur : 8 voies (NOi) vers une (COM),

3 bits d’adressage

E/B

Structure interne d’un Interrupteur analogique (CMOS)

Conduction bidirectionnelle ⇒ grâce à la conduction dans le

NMOS et PMOS

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Interrupteur analogique réel Cahier des charges : Faible impédance série (Inter. Ouvert) Zon<100Ω Forte impédance (Inter. Fermé) Zoff >1GΩ) Conduction bidirectionnelle (signaux alternatif) Faible puissance de commande (qques µW) Temps de fermeture/ouverture réduit (µs)

Ron

Ioff

FC

-3dB

Protection ESD

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Choix du filtre anti-repliement

Attention à la réponse

temporelle (retard et

ondulations) et à la phase !

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Filtres à capacités commutées Principe :

Petits logiciel de synthèse de filtre :

FilterCAD (linear Technology) Analog Devices

On ajuste la fréquence de coupure fC à l’aide de la fréquence d’horloge externe!

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filtre anti-repliement : 4nd ordre linéaire + filtrage numérique

Après filtrage numérique, la décimation consiste à ne

conserve qu’un échantillon sur 6, pour obtenir au final une

fréquence d’échantillage de 8kHz

Chaine d’acquisition multi voies

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Capt.1 Capt.2 Capt.3

Capt.i

Multiplexeur Analogique

Sélect. de voie

Amplificateur à gain et

offset prog.

Mux Av

Voffset

Filtre anti-repliement

prog.

FH

FC= FH /k

Echantillonneur / Bloqueur

Acquisition séquentielle

E/B S/H

Convertisseur Analogique Numérique

CAN ADC

Filt. Ampl.

FEch CdesConv.

N bits Séquenceur µContrôleur

(DSP, µP, µCont.) Mémoire

Cœur numérique de traitement

Capt.1

Capt.2

Capt.3

Capt.i

Multiplexeur Analogique

Sélect. de voie

Amplificateur à gain et

offset prog.

Mux Av

Voffset

Acquisition synchrone Convertisseur

Analogique Numérique

CAN ADC

Ampl.

CdesConv.

N bits Séquenceur µContrôleur

(DSP, µP, µCont.) Mémoire

Cœur numérique de traitement

Filtre anti-repliement

prog.

FH

Echantillonneur / Bloqueur

E/B Filt.

FEch

E/B Filt.

E/B Filt.

E/B Filt.

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• CAN – Principe – Architectures

– flash / semi-flash – à rampe(s) – approximation – pipeline – delta-sigma

– Mise en œuvre – Erreurs et Technologie

• CNA – Principe – Architectures

• directes – R et R/2R – variantes

• indirectes – fréquence et temps – charges

– Mise en œuvre – Erreurs et Techno.

CAN / CNA : Plan de cours

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Dynamique : Variation possible de tension (ou de courant) d’entrée d’un CAN ou de sortie d’un CNA (Dynamique) Résolution : Plus petite tension manipulable (q = Dynamique/(2n-1) ) avec n est le nombre de bits (Entrée CAN ou Sortie CNA) Précision : Différence entre la sortie théorique et effective [%, mV ou lsb] Cadence : Vitesse de conversion en «Sample Per Seconde» (SPS) [ MHz du signal d’entrée pour un CAN] Format : Format du mot binaire (BCD, …) Fidélité : Le fait de donner le même résultat pour une entrée donnée Linéarité (erreur de) : différence entre la courbe idéale et effective

Définition des Caractéristiques