Numériques Analogiques - DAC )
1Objectifs : Être capable de choisir un CNA (DAC digital to analog converter)
1. C.N.A. (DAC: digital to analog converter) vue globale...2
1.1. Symbôle...2
1.2. Données essentielles...2
1.3. Fonction de transfert...3
1.4. Sortie...4
2. Les différents méthodes de conversion...4
2.1. CNA à résistances pondérées...4
2.2. CNA à réseaux R/2R...5
2.3. CNA à échelle...6
2.4. Les imperfections...7
3. Les CNA : Caractéristiques...7
4. Exercices...8
4.1. Etude du MAX517...8
4.2. Etude du DAC intégré dans le PIC 16F1765...9
1By S.B. (illustration tiré du guide du technicien en électronique Hachette technique.) v20-05-10
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Le monde qui nous entoure nous fournit des informations sous forme analogique (température, vitesse ou autre grandeurs physiques). Afin de traiter ces données par ordinateur nous devons les transformer en valeurs numériques. Cette conversion est rendu possible grâce aux convertisseurs analogiques-numériques (CAN). Une fois les données numériques traitées par ordinateur un convertisseur numérique analogique CNA permet de retourner dans le monde analogique. Ils servent aussi lors de la synthèse numérique qui génère des données analogiques directement à partir de données numériques.
1. C.N.A. (DAC: digital to analog converter) vue globale
1.1. Symbôle
Un CNA (convertisseur numérique analogique) permet de fournir une valeur analogique en sortie à partir d'une donnée numérique en entrée.
1.2. Données essentielles
Il est caractérisé par :
• sa résolution : nombre de bits du nombre binaire en sortie
• son temps de convention : temps mis pour convertir.
• sa plage de tension de sortie appelée la 'pleine échelle'
• le type de sortie : sortie en courant ou en tension.
• le type de'entrée: parallèle, série (SPI, I2C, OneWire...)
Illustration 1: Symbôle CNA (DAC)
Vref+ = tension de référence positive Vref- = tension de référence négative
n = résolution (nb de bits)
Exemple :
CNA 10 bits avec Vref+ = 5 et Vref-=0V donc LSB = q = 5/1024 = 4,88 mV La plus petite valeur en sortie possible est donc 4,88mV.
1.3. Fonction de transfert
Vs = q N + offset avec q = quantum = LSB N valeur bianire d'entrée
offset = décalage de la tension de sortie si N = 0.
Illustration 2: CNA caractéristique de transfert : S = f(E)
1.4. Sortie
La sortie du CNA est réalisé en courant par des réseaux résistifs.
Afin d'obtenir une tension en sortie, on réalise un convertisseur courant/tension à l'aide d'un ampli linéaire (voir techonologie des CNA)
La sortie est en marche d'escalier il faut donc filtrer la sortie afin d'éliminer cet effet.
2. Les différents méthodes de conversion
2.1. CNA à résistances pondérées
2.1.1. Schéma
2.1.2. Principe
On utilise la loi des mailles tel que : I = I0 + I1 + I2 + I3
avec les courants I créés par Vref / Ri ou Ri sont des résistances calculées afin d'avoir des pondérations 1/8, 1/4, 1/2 .
Le courant est transformé en tension par un ampli linéaire en convertisseur courant/tension.
2.1.3. Explication
2.1.4. Conclusion
Cette méthode nécessite de réaliser des résistances très précises ce qui est difficile.
2.2. CNA à réseaux R/2R
2.2.1. Schéma
2.2.2. Principe
On utilise toujours la loi des mailles.
Les courants sont calibrés par des résistances en pont, plus facile à réaliser.
2.2.3. Explication
Les valeurs numériques d'entrée permettent de comuter des interrupteurs (transistors) afin de laisser ou non passer le courant vers la sortie.
2.3. CNA à échelle
2.3.1. Schéma
2.3.2. Principe
Le principe est le même que précédemment.
Les montages miroirs de courant permettent de gagner en rapidité
2.3.3. Remarque :
2.4. Les imperfections
On retrouve les mêmes imperfections que sur es CAN : Défaut de linéarité, d'offset, de quantifications.
3. Les CNA : Caractéristiques
Les constructeurs de composants fournissent une palette importante de CNA adaptée à toutes les situations. Ainsi le tableau non exhaustif suivant fournit les caractéristiques de quelques convertisseurs2.
Désignation Résolution Nb de canaux de
sortie
Type de sortie Interfaçage d'entrée
catégorie
MAX505 8 4 tension I2C railtorail
MAX519 8 2 tension I2C
MX7547 12 2 courant //
MAX5316 16 1 tension SPI
Nous allons revenir sur les éléments caractérisants un CNA.
3.1.1. Résolution
La résolution détermine le nombre de bits pour convertir la valeur numérique d'entrée en valeur analogique. La valeur donnée est toujours un maximum.
3.1.2. Nombre de canaux
Il définit le nombre de sortie possible du circuit, en général de 1 à 8 canaux.
3.1.3. La référence de tension Elle peut être externe ou interne.
2D'après documentation MAXIM et ANALOG DEVICES
3.1.4. Les tensions d'alimentation Deux types : unipolaire ou bipolaire.
Une tension bipolaire autorise une sortie alternative (de -5V à +5V par exemple).
3.1.5. Erreur de linéarité
L'erreur de linéarité correspond à la déviation de chaque valeur codée avec une ligne passant par 0 (0000 sur 4 bits) et par la valeur pleine échelle (1111 sur 4 bits).
Elle indique l'erreur réalisée durant le conversion. Elle s'exprime en LSB : ±1LSB, ±1/2 LSB, ±1/4 LSB.
3.1.6. Code manquant (DNL Differential NonLinearity)
Le constructeur peut indiquer qu'un code peut manquer : ±1LSB 3.1.7. Erreur d'offset
Cette erreur qui peut souvent être compensée est aussi exprimée en LSB.
3.1.8. Interfaçage
Série ou parallèle : les 2 permettent la communication avec un microprocesseur. Le mode parallèle étant le plus rapide pour communiquer mais utilisant un grand nombre de liaisons.
3.1.9. Temps de conversion
C'est le temps séparant l'arrivée de la valeur à convertir et sa présence sur le bus de sortie.
Le temps de conversion sur un CNA peut dépendre du mode de fonctionnement choisi parmi les différents modes proposé par le constructeur.
De plus en fonction on a vu que le temps n'était pas fixe et dépendait du type de convertisseur. Les constructeurs donnent donc une valeur maximale.
4. Exercices
4.1. Etude du MAX517
A partir de la doc. Technique :
4.2. Etude du DAC intégré dans le PIC 16F1765
A partir de la doc. Technique :
Relever les caractéristiques importantes du DAC.
Mettre en œuvre le DAC.
