Circuits spéciaux

CIRCUITS SPECIAUX
Comme l’indique leur nom, les appareils numériques travaillent essentielle-
ment sur des nombres, des valeurs discrètes parfaitement définies.
Pour des commodités de manipulation, ces nombres sont représentés de façon
interne en numérotation binaire, en général groupés par blocs de huit chiffres soit
un octet.
Le premier composant de la chaîne de capture, le capteur d’image ou senseur
est un composant analogique, c’est-à-dire fournissant une grandeur continue va-
riable (une tension en l’occurence).
Il est donc necessaire de convertir les variations continues, fonction de
l’intensité lumineuse des points-image de la scène en valeurs discrètes, ou numé-
riques.
Cette fonction est assurée par un convertisseur analogique/numérique (CAN),
un circuit intégré électronique.
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LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE/NUMERIQUE
Les techniques mises en oeuvre dans ces circuits sont nombreuses et des
ouvrages spécialisés leur sont consacrés.
Pour rester dans le cadre de cet ouvrage, nous allons étudier les deux
systèmes les plus simples et les plus répandus.
Le convertisseur parallèle
Ce modèle atteint des performances inégalées mais possède l’inconvé-
nient d’être complexe à mettre en oeuvre et par conséquent demeure d’un coût
élevé.
Le principe est d’utiliser une batterie de comparateurs donnant chacun
une des valeurs binaire (un des chiffres) du mot traité (le nombre représentant
la grandeur d’entrée), en passant par un circuit dit “codeur de priorité” (Cf.
Figure 46 ci-dessous).
Le circuit est très rapide et une conversion sur 8 bits (un octet) prend
1,5 µs. Cette rapidité lui a vallu le nom générique de convertisseur “Flash”.
C’est le cas du circuit ADC-0820 CN par exemple
Convertisseur à rampe
Le procédé est un peu plus lourd à mettre en oeuvre mais à le mérite de
fournir un prix de revient plus bas.
Les temps de conversion sont respectables pour des applications de
mesure mais restent très éloignés de ceux obtenus avec les convertisseurs
parallèles.
Comme l’illustre la figure 47 ci-après, le principe est de lancer un
compteur binaire avec autant d’étages que de bits désirés dans le mot final,
V Réf.
Entrée HPRI/BIN
e1
e2
e3
e4
A
B
C
D
Il faut autant de comparateurs
que de niveaux de conversion.
Si N est le nombre de chiffres
binaires désiré en sortie, et M
le nombre de niveaux, on a la
relation :
M = 2 N
Fig. 46 - Convertisseur A/N “Flash” -
Mot binaire
de sortie
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simultanément à la montée d’une tension de référence, la plus linéaire pos-
sible.
La tension de référence (la dent de scie) est comparée à la tension de
référence et quand les deux valeurs coïencident, on arrête le compteur.
La position du compteur au moment de l’égalité des tensions donne la
valeur binaire de la tension d’entrée.
Fig. 47 - Convertisseur A/N à rampe -
Si le montage donne l’impression d’une simplicité biblique, la réalisation
pratique n’est pas sans poser problèmes.
La rampe doit être très linéaire et le comparateur doit réagir quasi
instantanément sous peine de fournir un retard qui serait traduit par une
position érronée du compteur, en retard sur la valeur réelle.
Pour cette raison, les circuits pratiques utilisent des générateurs à deux
ou trois rampes et des comparateurs rapides.
L’autre problème crucial est le temps de conversion qui s’allonge propor-
tionnellement au nombre de bits du compteur, et n’est pas fixe : les petites
valeurs éxigeant peu d’impulsions de comptage sont converties plus rapide-
ment que les grandes valeurs fournissant une égalité en fin de comptage.
LES ASICs
Une fois converties les valeurs de tension en grandeurs numériques, on peut
désormais appliquer aux nombres obtenus différents traitements exécutés par des
circuits digitaux spécialisés.
Outre quelques composants discrets assurant des tâches indispensables
comme la mesure des paramètres extérieurs, la gestion de l’énergie, le fonctionne-
ment du flash et la communication vers l’utilisateur, toutes les autres fonctions sont
GENERATEUR
de RAMPE
Comparateur
Tension
d’entrée
(analogique)
COMPTEUR
BINAIRE
V
t
Vréf.
DEPART
HORLOGE
Avance du
compteur
1 0 1 0 1 1 0 1
Mot binaire de sortie
(numérique)
ARRET
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hautement intégrées dans des circuits VLSI Very Large Scale Integration, dévelop-
pés spécialement pour l’application et se chargeant des fonctions annexes dont est
pourvu l’appareil, parmi lesquelles nous pouvons citer : la liaison IrDA, la liaison
série, l’interfaçage PC Card-ATA, le pilotage des écrans LCD etc...
Ces circuits fabriqués spécialement “sur mesures” pour des besoins très
précis sont regroupés sous l’appellation de ASIC Application Specific Integrated
Circuit et permettent d’énormes économies en termes de coût de développement et
de gain de place et augmentent d’autant la fiabilité globale et l’efficacité du système.
Développé par des grands noms de l’électronique (CHINON, FUJITSU ...) en
fonction d’un cahier des charges fourni par le constructeur de l’appareil photo, en
termes de fonctions d’entrées et de valeurs de sorties, l’ASIC est en fait une “boîte
noire” immensément complexe qui peut contenir jusqu’à 500.000 portes logiques.
Le circuit utilisé dans le “petit” KODAK DC20, de conception simple, fabriqué
par CHINON sous la référence HC69302A/630U6C80 XLD est une grosse puce de
100 broches qui s’occupe de toute la partie commande du capteur CCD avec les
différents signaux afférents et de l’interfaçage avec les circuits mémoire.
Certains appareils récents renferment plusieurs de ces circuits combinés entre
eux, toujours dans le but d’une plus grande intégration.
MICROPROCESSEURS et MICROCONTROLEURS
Comme nous l’avons déjà vu au chapitre des notions théoriques, le micropro-
cesseur est un composant programmable qui éxecute un programme stocké en
mémoire et qui accomplit une tâche précise sur des données numériques.
Les composants les plus représentatifs de cette catégorie sont actuellement
les PENTIUM de la société INTEL équipant plus de 75% du parc des micro-
ordinateurs.
Le microprocesseur éxecute les calculs et ne contient qu’une unité de traite-
ment arithmétique et logique (UAL).
Pour obtenir un système opérationnel, il est encore necessaire de lui adjoindre
des mémoires RAM et ROM, des boîtiers d’interface avec les périphériques, des
circuits de synchronisation, le tout reliés par des lignes électriques, les bus.
Cette architecture (connue sous le nom de VON NEUMANN) a été intégrée sur
une seule puce de silicium et c’est ainsi que sont nés les microcontrôleurs,
véritables petits micro-ordinateurs dans un seul boîtier.
Les électroniciens connaissent bien ce type de composants programmables
comme les PHILIPS 80C451CCN, MOTOROLA 68HC11 ou 68705P3, THOMSON
ST-62 ou encore le INTEL 8052.
Ils possèdent tout ce qu’il faut pour agir sur l’environnement car possédant des
lignes d’entrées/sorties directes.
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Dans les photoscopes, ils sont esentiellement dévolus aux tâches de contrôle
des processus (ce en quoi ils exellent), et prennent en charge les fonctions
secondaires de fonctionnement comme la surveillance du niveau d’energie, la
mesure des paramètres externes (luminosité, distance de mise au point ...), l’éxecu-
tion des tests de bon fonctionnement des organes internes, la gestion de l’écran
d’état, le retardateur, le choix de la vitesse d’exposition, le déplacement des blocs
mémoire etc...
LES DSP
Ce sigle signifie Digital Signal Processor, processeur de signal numérique.
Apparus dans les années 80, ils ont d’abord été cantonnés au traitement numérique
des signaux audio.
Cette origine est d’ailleurs source d’erreur dans la littérature technique (même
spécialisée) et a fait interpréter le “S” du sigle comme étant celui de Sound (Son), et
plus grave, faisant même intervenir les DSP sur des grandeurs analogiques.
Cette méprise vient du fait que le traitement des signaux sonores a lieu en
temps réel mais après conversion en valeurs numériques auquelles on applique un
traitement arithmétique suivies par une re-conversion en grandeurs analogique par
le biais d’un convertisseur Numérique/Analogique (CNA). Ceci est illustré par la
figure 48 ci-dessous.
Un DSP n’est rien d’autre qu’un microprocesseur dont l’architecture interne est
spéciale.
Fig. 48 - Chaîne de traitement du signal -
Les algorithmes mis en oeuvre pour intervenir sur les signaux sonores (comme
par exemple la Transformée de Fourier Rapide ou le filtrage des parasites) se
retrouvent dans d’autres domaines d’application. C’est ainsi qu’avec la croissance
des applications multimédia est apparue l’idée d’utiliser les DSP pour le traitement
d’images.
Niveau de performances
Alors qu’un microprocesseur ou un microcontrôleur possèdent une archi-
tecture de VON NEUMANN et sont prévus pour travailler sur des grands
programmes d’usage général avec une gestion peu critique des évènements
dans le temps, les processeurs de signaux sont au contraire spécialisés dans
des tâches simples n’éxigeant pas un grand espace d’adressage pour les
données et se contentant de petits programmes.
Pour un traitement Hi-Fi sur Compact-Disk par exemple, le son doit être
échantilloné (convertit en valeurs numériques) sur 16 bits toutes les 22,5 µs (la
fréquence doit être de 44,4 KHz).
Convertisseur
Analogique
Numérique
00110101
11001101
01011011 ai X bi 10111100
10001101
01111001
Convertisseur
Numérique
Analogique
DSP
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