CNA

Conversion numérique
analogique
1 PRESENTATION FONCTIONNELLE ................................................................................................................................. 2
2 DIFFERENTS MODES DE CONVERSION ......................................................................................................................... 2
2.1 CONVERSION UNIPOLAIRE (VS DE SIGNE CONSTANT) ............................................................................................................ 2
2.1.1 binaire direct (straignht binary) ................................................................................................................................... 2
2.2 CONVERSION BIPOLAIRE (VS POSITIF OU NEGATIF) ............................................................................................................... 2
2.2.1 binaire décalé (offset binary) ........................................................................................................................................ 2
2.2.2 complément à deux (two's complement) ........................................................................................................................ 2
3 PRINCIPALES CARACTERISTIQUES D'UN CNA REEL (EXEMPLE: AD7520)........................................................ 3
3.1 RESOLUTION ......................................................................................................................................................................... 3
3.2 QUANTUM............................................................................................................................................................................. 3
3.3 ERREUR DE LINEARITE: ......................................................................................................................................................... 3
3.4 NIVEAUX SUR LES ENTREES LOGIQUES.................................................................................................................................. 3
4 ETUDE D' EXEMPLE ............................................................................................................................................................. 3
4.1 CIRCUIT AD7520(VOIR DOC. AD7520) ................................................................................................................................ 3
4.2 BAC 1998 (MONITEUR D'HEMODIALYSE) ............................................................................................................................... 4
4.3 BAC 1997 (ROBOT NUMERIQUE)............................................................................................................................................ 6
4.4 BAC 1990 (ROBOT ACMA), EXTRAITS.................................................................................................................................. 8
5 FONCTIONNEMENT INTERNE (RESEAU R-2R) .......................................................................................................... 10
5.1 RESEAU R-2R ..................................................................................................................................................................... 10
5.2 ETUDE DU FONCTIONNEMENT DU CIRCUIT AD7520 (MODE UNIPOLAIRE) ........................................................................... 10
5.3 ETUDE DU FONCTIONNEMENT DU CIRCUIT AD7520 (MODE BIPOLAIRE) VOIR DOC. AD7520 ............................................. 11
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1 Présentation fonctionnelle
MSB
Vs=Kn + VS0
CNA
n
LSB
Vs
avec K et VS0: constantes
2 Différents modes de conversion
2.1 conversion unipolaire (Vs de signe constant)
2.1.1 binaire direct (straignht binary)
Vs
V+
n
00…0
Vs
0
11…1
V+ (pleine échelle)
Vs=Kn
n
n max
2.2 conversion bipolaire (Vs positif ou négatif)
2.2.1 binaire décalé (offset binary)
Vs
n
00…0
Vs
V- (negative full scale)
10…0
0
11…1
V+ (pos. full scale)
V+
Vs=Kn + V-
n
n max
V-
2.2.2 complément à deux (two's complement)
a) Nombres binaires signés
Pour représenter les nombres binaires signés, on adopte la notation en complément à deux: dans ce cas le bit de poids
fort est négatif:
exemples:
00001111 = -0x27 + 1x23+1x22+1x21+1x20= 8+4+2+1= +15
10000000 = -1x 27= -128
10001111 = -1x 27 + 1x23+1x22+1x21+1x20= -128+8+4+2+1= -112
b) remarques:

pour les nombres écrits en complément à deux sauf (100…0), on peut écrire:
 n  n 1

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La notation en complément à deux permet de faire des addition en utilisant les mêmes règles que sur les
nombres non signés
exemple:
( +3)
011
+(-4)
100
=(-1)
111
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
Lorsqu'il y a dépassement, on peut interpréter le résultat d'une addition , en considérant que l'ensemble des
nombres est bouclé.
exemple en formats 3 bits:
0
-1
+1
-2
+
+2
-3
-4
(+3)
(+2)
(-3)
011
010
101
+3
Vs
c) CNA en mode complément à 2
n
Vs
10…0
V- (negative full scale)
V+
n max
00…0
0
01…1
V+ (pos. full scale)
n
n max
Vs=Kn
(n: nombre signé)
V-
3 Principales caractéristiques d'un CNA réel (exemple: AD7520)
3.1 Résolution
c'est le nombre de chiffres binaires (bits) du nombre d'entrée
exemple: la résolution du circuit AD7520JN est…
3.2 Quantum
C'est la variation de la tension en sortie correspondant à une variation de une unité (1LSB) du nombre en entrée
Remarque : le quantum = K
3.3 Erreur de linéarité:
pour un CNA réel: Vs=Kn+Vs0 +/- x%de la pleine échelle
x est l'erreur de linéarité
exemple : l'erreur de linéarité pour un AD7520JN est:
3.4 Niveaux sur les entrées logiques
exemple : déterminer pour un AD7520JN:
VIHmin=
VILmax=
IIH max=
IILmax=
4 Etude d' exemple
4.1 Circuit AD7520(voir doc. AD7520)
On considère le montage ci contre:
a) Calculer les valeurs extrêmes du nombre en entrée n
b) Tracer l'allure de la caractéristique nVout dans le cas ou
Vref est positif
c) Indiquer le mode de conversion
d) Exprimer Vout en fonction Vref et du nombre binaire n en entrée. Pourquoi la conversion est-elle
également appelée multiplication?
e) Exprimer Vout en fonction du nombre binaire n en entrée dans le cas ou Vref =10v en tenant compte de
l'erreur de linéarité(circuit AD7520JN)
f) Reprendre les questions précédentes pour le schéma de la figure9 (voir doc. AD7520)
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4.2 Bac 1998 (moniteur d'hémodialyse)
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4.3 Bac 1997 (robot numérique)
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4.4 Bac 1990 (robot ACMA), extraits
11-d:
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Tracer la caractéristique de transfert et exprimer la tension de sortie Vout en fonction du nombre n en entrée
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5 Fonctionnement interne (réseau R-2R)
5.1 Réseau R-2R
R
R
in
Vref
Vn
R
i2
2R
V2
2R
i0
i1
V1
2R
V0
2R
2R
a) exprimer V0, V1 V2 et Vn en fonction de Vref
b) exprimer i0, i1, i2 et in en fonction de R et Vref
5.2 Etude du fonctionnement du circuit AD7520 (mode unipolaire)
a) Compléter le schéma interne du circuit
AD7520 par les composants externes du
montage ci-contre. Flécher vers le haut, les
tensions aux bornes de résistances des
20k reliées à des inverseurs et nommer ces
tensions V9 à V0 de gauche à droite.
Nommer également les inverseurs S9 à S0.
Flécher les courants entrant dans les
communs des inverseurs et nommer ces
courants i9 à i0. Flécher enfin le courant
sortant de Rfeedback et nommer ce courant i.
b) Quel est le mode de fonctionnement de l'AOP? (justifier votre réponse).
c) Exprimer Vout en fonction du courant i et de R ( R= 10k)
d) Exprimer i en fonction de Vref et R pour la position des inverseurs indiquée)
e) En réalité , l'état des inverseurs dépend du nombre binaire n[9:0] appliqué en entrée: si ni="1", l'inverseur
Si est dans la position du schéma dans le cas contraire ,l'inverseur est dans l'autre position. Exprimer i en
fonction de Vref et de n
f) Exprimer Vout en fonction de Vref et n.
g) Quel est le rôle de la diode zener
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5.3 Etude du fonctionnement du circuit AD7520 (mode bipolaire) voir doc. AD7520
a) Compléter le schéma interne du circuit
AD7520 par les composants externes du
montage ci-contre. Flécher vers le haut,
les tensions aux bornes des résistances
de 20k reliées à des inverseurs et
nommer ces tensions V9 à V0 de gauche
à droite. Nommer également les
inverseurs S9 à S0. Flécher les courants
entrant dans les communs des
inverseurs et nommer ces courants i9 à
i0.
i'
i
b) Quel est le mode de fonctionnement des AOP? (justifier votre réponse).
c) Exprimer Vout en fonction des courants i, i' et de R ( R= 10k )
d) Exprimer i et i' en fonction de Vref et R pour la position des inverseurs indiquée)
e) En réalité , l'état des inverseurs dépend du nombre binaire n[9:0] appliqué en entrée: si ni="1", l'inverseur
Si est dans la position du schéma dans le cas contraire ,l'inverseur est dans l'autre position. Exprimer i et
i en fonction de Vref et de n
f) Exprimer Vout en fonction de Vref et n.
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