CNA CAN

Convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique. Grandeur physique

Electronique analogique (ex : AO, pont de

Résultats

Electronique numérique (ex : CAN, portes logiques)

wheatstone)

Capteur

Mise en forme

Interface

Tension

Signal électrique

Ordinateur

Signal numérique

Dans la chaîne de mesure l'interface assure la conversion tension ! signal numérique grâce à un convertisseur analogique-numérique. Quand l'ordinateur doit commander un actionneur, l'information circule en sens inverse et c'est alors un convertisseur numérique analogique qui est utilisé.

CAN

Tension

Binaire

CNA Convertisseur numérique analogique CNA. Principe A l'entrée du convertisseur est appliqué un mot binaire qui doit être converti en une tension proportionnelle à celui-ci : b b b U S = K.( n −1 + ... + n1−1 + n0 ) bn 2 2 2 n est le nombre de bits du mot à convertir. K est une constante qui dépend des caractéristiques du circuit utilisé.

b1 b0

C N A

Us

Pour un convertisseur 3 bits : b b b U S = K.( 2 + 1 + 0 ) 2 4 8 Remarque : La tension de sortie n'est donc pas réellement analogique puisqu'elle varie par paliers. L'écart entre deux valeurs successives de la tension correspond au pas du convertisseur.

- CNA & CAN -

CNA à réseau R-2R.

Un bit est considéré à 1 lorsque l'interrupteur Si le mot binaire à convertir est 100 (b2 à 1, b1 et b0 à correspondant est sur UREF est à 0 lorsque l'interrupteur 0) est sur la masse. Le circuit devient équivalent à : b2

2R

2R

US =

R

b1

2R

R

UREF

R

b0

US

U REF 2

UREF

2R

2R

US

R

2R 2R

2R

Si le mot binaire à convertir est 010 (b1 à 1, b2 et b0 à Si le mot binaire à convertir est 001 (b0 à 1, b1 et b2 à 0) 0) Le circuit devient équivalent à : Le circuit devient équivalent à : 2R 2R

US =

UREF R

U REF 4

R

US =

R UREF R

2R

2R

2R

US 2R

2R

2R

US

Pour les autres mots binaires on peut appliquer le théorème de super position pour déterminer US donc U S = U REF .(

R.TARGET

b 2 b1 b 0 + + ) 2 4 8

- page 2 -

U REF 8

- CNA & CAN -

CNA à réseau R-2R inversé (ou en échelle). La plupart des CNA actuels utilisent cette méthode de conversion qui gagne en rapidité sur la précédente (pas d'inversion de courant dans les résistances 2R). 2R

b2

I2

2R

b1

I1

2R

b0

I0

R

R

UREF

R’

I

∞

-

s

N +

2R

donc U S = −R'.(

US

Le nœud N réalise la sommation des courants I = b 2 .I 2 + b1 .I1 + b 0 .I 0 et l'AO associé à R' transforme le courant en tension U S = −R'.I . U U I 0 = b 0 . REF , I1 = b1 . REF 8.R 4.R U et I 2 = b 2 . REF 2.R

b 2 .U REF b1 .U REF b 0 .U REF R'.U REF b 2 b1 b 0 + + )=− .( + + ) 2.R 4.R 8.R R 2 4 8

CNA à résistances pondérées.

b2

b1

UREF

b0

Le nœud N réalise la sommation des courants I = b 2 .I 2 + b1 .I1 + b 0 .I 0 et l'AO associé à R' transforme le courant en tension U S = −R'.I . U U I 0 = b 0 . REF , I1 = b1 . REF 4.R 2.R U REF et I 2 = b 2 . R

R I2

2R I1

R'

I

4R I0

I N

∞ s

+ US

donc U S = −R'.(

R.TARGET

b 2 .U REF b1 .U REF b 0 .U REF 2.R'.U REF b 2 b1 b 0 + + )=− .( + + ) R 2.R 4.R R 2 4 8

- page 3 -

- CNA & CAN -

Convertisseur analogique numérique CAN. Principe. A l'entrée du convertisseur est appliqué une tension qui doit être convertie en un code binaire. bn

C A N

b0, b1 … bn sont les bits du mot sur le quel la tension doit être convertie. Remarque : deux tensions proches peuvent donner le même mot binaire, ceci dépend de la résolution du convertisseur.

b1

Us

b0

Convertisseur CAN simple rampe numérique. Une information numérique provenant d'un compteur est convertie par un CNA en une tension qui est comparée à la tension à mesurer. Lorsqu'il y a une correspondance entre ces deux tensions le comptage est arrêté.

GENERATEUR D'IMPULSIONS

Uà mesurer

-

∞

LOGIQUE DE COMMANDE

s

COMPTEUR

n bits

+

CNA UNUM

Le compteur en recevant des impulsions incrémente le mot binaire à sa sortie. Ce mot binaire est converti par un CNA en une tension UNUM qui croit. Lorsque cette tension dépasse la tension à mesurer la sortie du comparateur bascule et la logique de commande bloque le compteur. Les n bits en sortie du compteur correspondent au mot binaire résultat de la conversion.

R.TARGET

- page 4 -

- CNA & CAN -

Convertisseur CAN flash. U à mesurer R R

+ -

R

+ +

UREF

R

+ -

R

+ -

R

+ -

R

s

∞ S5 s

b2

∞ S4 s

LOGIQUE

R

∞ S6

∞ S3 s

∞ S2 s

La tension à mesurer est comparée à la tension de référence fractionnée par un pont diviseur à n résistances. Le premier comparateur compare la tension inconnue à UREF/n le deuxième à 2.UREF/n, le troisième à 3.UREF/n …etc.

b1

b0

∞ S1 s

Exemple : Si la tension inconnue est comprise entre 4.UREF/n et 5 UREF/n les sortie S0, S1, S2 et S3 des comparateurs sont positives et toutes les autres négatives. Il faut un bloc logique pour mettre en forme ces informations et les traduire en un mot binaire.

∞ S0 s

+

En considérant qu'une sortie de comparateur positive est considérée comme un 1 logique on peut dresser la table de vérité du circuit logique à réaliser (sans la partie mise en forme des signaux). S6 0 0 0 0 0 0 0 1

S5 0 0 0 0 0 0 1 1

S4 0 0 0 0 0 1 1 1

S3 0 0 0 0 1 1 1 1

S2 0 0 0 1 1 1 1 1

S1 0 0 1 1 1 1 1 1

S0 0 1 1 1 1 1 1 1

b2 0 0 0 0 1 1 1 1

b1 0 0 1 1 0 0 1 1

b0 0 1 0 1 0 1 0 1

b2 ≡ S3 b1 ≡ S1 .S 3 + S 5 b 0 ≡ S 0 .S1 + S 2 .S 3 + S 4 .S 5 + S 6

Echantillonnage. Pour aborder le problème de l'échantillonnage, télécharger le logiciel ORPHNUM sur le site de groupe EVARISTE à l'adresse: http://www.cnam.fr/instituts/evariste/

R.TARGET

- page 5 -