3.2.1. Le convertisseur analogique-numérique ??
Le CAN ?? s'appuie sur le sur-échantillonnage et la
mise en forme du bruit de quantification dans le but d'obtenir une
résolution élevée à partir d'une structure
électronique simple. Il est constitué d'un modulateur ?? et d'un
filtre décimateur numérique.
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Figure 3.2 : Schéma bloc d'un CAN ??
Le modulateur ?? permet d'échantillonner
l'entrée analogique à haute fréquence et il
génère un flux binaire correspondant au codage de l'information.
Pour nos applications, ce flux est formé sur un seul bit, mais il arrive
que ce flux puisse être codé sur un nombre de bit
supérieur. Le bloc numérique assure le filtrage numérique
de la sortie du modulateur, et sa fonction principale est de réduire la
cadence d'échantillonnage de sortie tout en augmentant la
résolution. Cette action est appelé décimation et elle
doit être précédée d'un filtrage pour éviter
le repliement du spectre sur l'information utile.
Ce type de convertisseur analogique-numérique est
reconnu par sa haute résolution, sa linéarité
intrinsèque, sa basse consommation de puissance et son faible
coût. Par contre, il est à faible bande passante et il peut avoir
une latence de cycle non nulle [29, 31]. Grâce à ses
caractéristiques, ce CAN est adapté pour les applications de
mesure précise et à faible bande passante [31].
Un autre avantage de cette technologie est la
simplicité du filtre d'anti-repliement analogique. Donc, c'est encore
bénéfique pour les applications multiplexées. La technique
de sur-échantillonnage diminue les contraintes sur ce filtre.
Généralement, un filtre de premier ordre suffit. On peut noter
que pour des structures à temps continu la fonction de filtrage est
intrinsèque : le filtre de boucle intègre le signal sur la
période bloquée par l'échantillonneur/bloqueur du
quantificateur. Plus l'ordre du modulateur augmente, plus la rejection de
repliement est forte. Cela simplifie la partie analogique pour une
résolution élevée et un bruit faible.
L'emploie d'un filtre numérique est essentiel. Ce
filtre ajoute un certain temps d'établissement. Ce qui limite les
performances du système [29]. Pour augmenter la précision des
systèmes de mesure multiplexée, il faut le prendre en
considération.
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3.2.2. Le convertisseur analogique-numérique
SAR
Le convertisseur à approximation successive (SAR) est
l'une des architectures les plus populaires pour la conversion analogique
numérique. En fait, elle prévoit un temps de conversion de
l'ordre du kHz jusqu'au MHz avec une complexité des circuits assez
modérée. L'architecture de base d'un CAN SAR est illustrée
par la figure suivante.
Figure 3.3 : Architecture du convertisseur à
approximation successive
Le SAR emploie un E/B (échantillonneur/bloqueur) en
entrée pour que celle-ci reste constant pendant la durée de
conversion, basée sur une méthode de dichotomie et
nécessitant plusieurs cycles d'horloge. Le principe est le suivant : Il
commence par comparer l'entrée analogique à un mot
numérique correspondant à la moitié de la pleine
échelle (tous les bits à 0 sauf le MSB (Most significant Bit) qui
est égal à 1) converti en analogique par le biais d'un
convertisseur numérique analogique. Cette séquence est de
longueur N (résolution du CAN) et elle est donc équivalente
à VREF/2. Suivant le résultat de la
comparaison, supérieure ou inferieure, on introduit un 1 ou un 0 dans le
SAR. Ce résultat sera introduit dans une version décalée
à droite de la séquence de comparaison déjà
utilisée. On répète ce traitement N fois afin d'obtenir la
sortie numérique. Le nombre d'itération définit le nombre
de décalage à droite de la séquence d'origine et
l'emplacement du bit du résultat de la comparaison en cours. Pour la
première itération, ce dernier occupe le MSB et pour la
dernière itération, il occupe le LSB (Least Significant Bit).
Contrairement au CAN ??, le CAN SAR nécessite un
filtre analogique d'antirepliement à l'entrée de chaque canal
[33, 34]. En effet, l'impédance totale du système ainsi que le
temps d'établissement augmentent. En conséquence, la bande
passante du système diminue et la probabilité d'apparition de la
diaphonie augmente [29].
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L'architecture du SAR est capable d'avoir une latence de
cycle nulle [29-31]. En plus, en comparaison avec le CAN ??, elle peut
fonctionner à une fréquence d'échantillonnage plus haute
[32]. Ce sont les critères de base qui font des convertisseurs à
approximations successives les plus populaire pour les applications de
mesure.
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