Numérisation : Le CAN avec le CNA

Thèmes abordés

Numérisation, essai sur 4 bits, essai sur 8 bits, repliement de spectre, erreur de quantification, pas de quantification théorique, signal sinusoidale d'amplitude, chronogramme, générateur, Probe Cursor, oscillogramme, signal d'entrée, théorème de Shannon, logiciel ORCARD Capture, CAN convertisseur analogique-numérique, CNA convertisseur numérique-analogique

Résumé du document

L'objectif de ce TD est de :
- Savoir mettre en oeuvre un CAN avec un CNA
- Savoir expliquer les signaux à générer et à lire pour utiliser le CAN avec le CNA
- Savoir calculer et reconnaitre le bruit de quantification
- Savoir démontrer Shannon d'un point de vue pratique

Extraits

[...] Figure 6 : Chronogramme pour Vréf = 0,5V On remarque que l'amplitude du signal reconstitué ne dépasse pas 0.5 V car Vref vaut 0.5V. Ce qui ne permet pas de reconstituer un signal proche du signal d'origine. Nous calculons le pas de quantification du montage avec la valeur de Vref changée. AN :q=0.524= 132=0.3125 V On remarque que le pas de quantification obtenu en simulation est proche du pas de quantification théorique. Les questions 6 et 7 nous ont appris que le choix de la tension de référence définit la qualité de la numérisation du signal. [...]

[...] Le triangle bleu représente la zone de chevauchement entre les deux spectres du signal échantillonné et du signal original. Cela provoque une forte déformation du signal, il est donc préférable d'augmenter la fréquence d'échantillonnage de façon à éviter ce phénomène. Quitte à échantillonner un signal de façon moins précise mais sans repliement de spectre. Conclusion : Nous avons pu manipuler le logiciel ORCARD Capture pour pouvoir simuler le fonctionnement d'un CAN avec un CNA. L'exploitation des courbes nous a permis de comprendre en pratique le théorème de Shannon vu en cours. [...]

[...] Nous respectons donc le théorème de Shannon mais la fréquence d'échantillonnage reste trop faible. Ce qui explique une telle déformation du signal de sortie. Le théorème de Shannon indique que le signal pourra être échantillonné mais pas que sa qualité sera correcte. Figure 17 : Montage 8 bits avec une fréquence de 900 kHz Figure 18 : Chronogramme de 900 kHz Nous analysons maintenant le chronogramme comme demandé dans l'énoncé. Dans un premier temps, nous effectuons une Transformée de Fourrier en cliquant sur l'icône FFT. [...]

[...] Les deux paramètres qui influent sur le pas de quantification sont, comme l'indique la relation suivante, le nombre de bit N et la tension de référence Vref : q=Vref2N Nous en concluons que les deux raisons qui font que le signal est mal reconstitué sont Vréf qui est trop grand et le nombre de bits utilisés dans le montage qui est trop faible. Il nous est possible de faire varier Vréf plus facilement que le nombre de bits du montage. Figure 4 : Montage 4 bits avc Vréf = 0,5V Figure 5 : Chronogramme pour Vréf = 0,5V On utilise la relation suivante : VVrefx2N On sait que la valeur maximale est de 0.5 V (car Vref = 0.5V) : AN : 0.50.5x24=16 Sur 4 bits, la valeur maximale est de 15. [...]

[...] Figure 15 : Montage pour 500 kHz Pour le temps de la simulation, nous souhaitons observer uniquement 3 périodes du signale. Pour cela, nous réalisons le calcul suivant : tsimulation=3*1500*103=6 μs Figure 16 : Chronogramme de Ve et Vs Nous remarquons que le signal reconstitué ne possède que la fréquence de commune avec le signal original. Son amplitude ainsi que sa forme sinusoïdale n'ont pas été conservées. Le pas de quantification reste inchangé par rapport à la simulation précédente. Les deux seuls paramètres à avoir changé sont la phase ainsi que la fréquence du signal d'entrée. [...]