Numérisation : le CAN en simulation

Thèmes abordés

numérisation, tension analogique, convertisseur flash, Probe Cursor, tableaux de Karnaught, chronogramme, tension d'entrée, quantification, convertisseur subranging

Résumé du document

Les objectifs de ce TP sont :
- Savoir mettre en oeuvre un CNA
- Savoir expliquer les signaux à générer et à lire pour utiliser le CNA
- Savoir relever la caractéristique d'un convertisseur
- Savoir calculer le code à partir de la tension analogique
- Savoir vérifier le fonctionnement d'un convertisseur

Extraits

[...] On sait que : X4=b7x2-1xb6x2-2xb5x2-3xb4x2-4= VeVref Vref4=Vref2=2V On réalise une application numérique : X4=1x2-1x1x2-2x0x2-3x0x2-4=0.125 V On utilise l'expression suivante : Vref4=Vref2 Or Vref4=VeX4= Vref2 On obtient la relation suivante : Vref=Vref4x2 Il suffira donc de multiplier par 2 la tension de référence 4bits pour que la valeur numérique sur 4 bits X4 soit égale aux poids forts XH de la valeur numérique sur 8 bits. Ve=VrefxX X=VeVref*2= 2.38= 0.287 V Simulation Nous allons réutiliser les composants et le montage de la partie 2 pour les CAN 2bits. Pour simuler 4 coups d'horloge, nous réglons le temps de simulation à 4us car la fréquence de l'horloge est 1MHz. On obtient le montage suivant : Figure 13 : Montage d'un convertisseur subranging Nous avons fixé les tensions de Vref et Ve comme dans l'exemple du calcul de la partie théorique. [...]

[...] Vref=4V et Ve=2,3V Pour former les bus, nous utilisons la fonction dans la fenêtre probe. Nous y inscrivons à l'intérieur les lignes des bits souhaités pour former les bus. [...]

[...] Pour le bus CAN, nous avons la valeur C. Cela est cohérent avec les états des 4 bits observés. En effet, la valeur C se code, en binaire, de la manière suivante : 1100. Sur le chronogramme, nous avons bien les états suivants : DCBA 1100. De plus, nous pouvons vérifier cette valeur grâce au calcul suivant. Nous savons que pour la valeur 15 en hexa), la tension est égale à Ve=4V. [...]

[...] Dans notre montage, nous avons mis une tension de 3V. Il suffit de réaliser un produit en croix : Valhexa=34*16=12 Nous retrouvons bien la valeur 12 correspondant à C en hexa. La sortie du CAN correspond à la tension d'entrée au bout de 1μs car cela correspond au premier cycle de l'horloge. Pour chercher les seuils qui permettent d passer d'une valeur à la suivante, nous utilisons le calcul suivant : Valhexa=VeVref*24 Nous allons prendre l'exemple de la valeur 12 en hexa) à 13 puis 13 à 14 Nous modifions notre équation pour isoler Vseuil : Ve=Valhexa16*4=1216*4=3V Nous simulons donc le montage avec des valeurs autour de 3V en modifiant volt par volt, puis 0,1V par 0,1V jusqu'à obtenir une valeur précise au mV près. [...]

[...] Nous allons maintenant tracer la caractéristique de la valeur numérique de sortie en fonction de la tension d'entrée. Figure 7 : Caractéristique de la valeur numérique de sortie en fonction de la tension d'entrée Nous remarquons une seconde fois que la valeur de sortie du montage ne possède que 4 états différents du fait du codage sur 2 bits, ce qui dégrade fortement la précision. Néanmoins, le montage reste très rapide et efficace. Mise en œuvre d'un convertisseur flash Après avoir établi les paramètres, on obtient le schéma du montage suivant : Figure 8 : Montage du convertisseur flash Nous avons une fréquence d'horloge de 1MHz. [...]