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Travaux DirigésTravaux DirigésCAN / CNACAN / CNA
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Les convertisseurs
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CA Les convertisseurs
- Analogique-numérique (ADC ou CAN)N é i l i (DAC CNA)
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ir - Numérique-analogique (DAC ou CNA)
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Thierry Perisse [email protected] U.P.S. Toulouse
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L TD CAN-CNA
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8LI TD n°1 : TD CAN à intégration numérique
La figure ci-dessous donne le schéma d’un CNA R-2R de n bits Les interrupteurs
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R R R R R
Vs
La figure ci-dessous donne le schéma d un CNA R 2R de n bits. Les interrupteurs sont représentés pour les entrées numériques a1, a2,…, an à l’état bas.
2R 2R 2R 2R 2R 2R 2R
2R
Vs
0 213
an
213
an-2
213
ai
213
a3
213
a2
213
a1
213
an-1
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0
Vref
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irvau
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3- Le convertisseur R-2R précédent constitue la chaîne de retour d’un CAN; Le signal
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CA d’horloge H est un signal carré de période T. Le compteur (8 bits) travaille en code binaire
naturel, il commute sur des fronts négatifs des créneaux appliqués à son entrée d’horloge, sa remise à 0 est active au niveau haut.Le monostable qui déclenche sur front positif délivre une brève pulse qui remet à 0 les
vau
x D
irvau
x D
ir Le monostable qui déclenche sur front positif délivre une brève pulse qui remet à 0 les bascules D.La conversion débute lorsqu’une brève pulse est appliquée sur l’entrée OC. On suppose que la tension à convertir Ve est constante et positive.
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8LI TD n°1 : TD CAN à intégration numérique
3 1 E t ’i iti l t Q1 Q2 0
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3-1 En supposant qu’initialement Q1=Q2=0.
Représenter graphiquement l’évolution, à partir du moment où un ordre de conversion OC est donné, des signaux H, Q1,Q2, H’, Ve et Vs (ces 2 derniers dans le , g , Q ,Q , , (même système d’axes), et des signaux en sortie du comparateur et du monostable.
3-2 On désigne par N l’état du compteur lorsque la sortie du comparateur passe à 1.
Pour quel intervalle de valeurs de Ve cet état est-il obtenu ?En déduire le quantum Q’ du CAN proposé ? Quelle est la valeur maximale de Ve qui peut être convertie ? Représenter schématiquement la caractéristique de transfert
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NA du CAN ?
Que faut-il faire pour obtenir la caractéristique de transfert classique d’un CAN ?
4- Dans le CAN étudié on suppose maintenant que la tension Ve varie lentement durant la
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és
CA
rig
és
CA 4- Dans le CAN étudié, on suppose maintenant que la tension Ve varie lentement durant la
conversion, tout en restant dans les limites de fonctionnement du convertisseur.
Donner, en fonction de la période T de l’horloge H, la vitesse maximale admissible à
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ir de variation de Ve si on veut limiter à ½ LSB l’incertitude correspondante sur le résultat de la conversion ?
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TD °2 TD CAN à d blE
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Fonctionnement
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és
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és
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Fonctionnement
L’horloge H délivre des signaux carrés de fréquence f. Le compteur travaille en code binaire naturel sur 11 bits et commute sur un front négatif d’horloge. Les amplificateurs sont supposés parfaits. On donne Vréf=+10v. et f=20480hz.
vau
x D
irvau
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ir sont supposés parfaits. On donne Vréf +10v. et f 20480hz.
Première phase : elle est provoquée par un front positif en sortie du comparateur : quand elle reçoit ce front positif, la logique de commande effectue les opérations suivantes :
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suivantes :
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TD °2 TD CAN à d bl
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8LI TD n°2 : TD CAN à double rampe
F t d S3 i t i V2 ( ti d l’i té t ) à 0 (S1 t t t
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- Fermeture de S3 pour maintenir V2 (sortie de l’intégrateur) à 0 (S1 est ouvert et S2 fermé) ;- Mémorisation de l’information contenue dans le compteur;- Mise à 0 et maintien à 0 du compteur.p
Deuxième phase : sous l’effet du premier front négatif d’horloge qui suit les opérations précédentes. La logique de commande :
Libère la mise à 0 du compteur;- Libère la mise à 0 du compteur;- Ferme S1 et ouvre S2 et S3.
Troisième phase : quand le MSB passe de 1 à 0, la logique de commande ouvre S1 et ferme
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NA S2.
On supposera la tension à convertir Ve est supposé constante durant la conversion.
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és
CA
rig
és
CA
1- Etude de la deuxième phase
On prend comme instant initial le moment où S1 se ferme.
vau
x D
irvau
x D
ir
1-1 Quelle est l’expression décrivant l’évolution de V1 durant cette phase ?1-2 Exprimer la durée T1 de cette deuxième phase en fonction de la fréquence f d’horloge ?
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TD °2 TD CAN à d blE
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2 Ét d d l t i iè h
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2 - Étude de la troisième phase
On prend comme nouvelle origine des temps le moment où S2 se ferme.
Quelle condition la tension Ve doit-elle vérifier pour que la troisième phase soit suivie de la première phase ? Exprimer, lorsque la condition précédente est remplie, la durée T2 de la troisième phase en fonction de f, de Vref, et de Ve.
3 - Représentation graphique en relation avec le signal d’horloge.
Donner l’évolution de V2 sur l’ensemble d’un cycle de conversion ? Indiquer l’état du
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Donner l évolution de V2 sur l ensemble d un cycle de conversion ? Indiquer l état du compteur aux instants les plus significatifs du cycle ?
4 - On désigne par N l’équivalent décimal de l’information binaire mémorisée en
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és
CA
rig
és
CA début de la première phase.
Pour quel intervalle de valeurs de Ve est-il obtenu ? En déduire la valeur du quantum Q et la valeur de pleine échelle Représenter schématiquement la caractéristique de transfert du
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ir valeur de pleine échelle. Représenter schématiquement la caractéristique de transfert du convertisseur.
5 - Quel est le mot binaire mémorisé si Ve=5,35v ?
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