Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans la plupart des cas, l'environnement d'un système électronique est composé de matériel à fonctionnement analogique. Or, les progrès réalisés en termes de coût, de possibilités et de consommation l'ont été dans le domaine du numérique. Des convertisseurs analogique-numérique (CAN) et des convertisseurs numérique-analogique (CNA) sont donc chargés d’assurer l’interface entre ce « monde extérieur » et le cœur numérique du matériel. Vitesse, consommation, précision, taille, intégration : autant de caractéristiques qui définissent les performances des convertisseurs produits sur le marché. Cet article présente ces caractéristiques, les différentes technologies ainsi que les évolutions du marché. Les critères de choix des CNA et des CAN sont également exposés, de manière à opter pour la technologie la plus adaptée à l'utilisation souhaitée.
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In most cases, the environment of an electronic system is composed of analogical devices. However, progress has been made in the digital field in terms of cost, possibilities and consumption. Analogue to digital converters (ADCs) and digital to analogue converters (DACs) ensure the interface between this "exterior world" and the digital core of the material. Speed, consumption, precision, size, integration: so many characteristics that define the performances of the converters that are to be found on the market. This article presents the characteristics, various technologies and evolutions of the market. The criteria of choice for the ADCs and the DACs are also presented, in order to assist in the choice of the most adapted technology to the desired use.
Auteur(s)
-
Claude Prévot : Responsable des produits de conversions analogique-numérique et numérique-analogique à Thales Corporate Service
INTRODUCTION
Se marché et les applications à fort volume et faible coût ont permis et obligé l'industrie à développer, pour chaque application, le meilleur produit possible. Au fur et à mesure de l'amélioration des technologies, du développement du marché, les solutions évoluent et les produits sont en général de plus en plus intégrés. Par exemple, on peut voir les modems xDSL qui passent d'une carte complète avec de multiples composants de différentes familles à un seul composant en quelques années et ajoutent un grand nombre de fonctionnalités : l'accès à l'Internet à haut débit, la téléphonie fixe (voix sur IP) et la télévision (par ADSL) (cette offre est souvent appelée « triple play »). Il en est de même pour le téléphone portable qui voit sa réalisation en un seul composant et ajoute des services tels que télévision, messagerie électronique (« mail »)...
Les principaux critères à satisfaire pour suivre le marché, offrir de nouveaux services et assurer la baisse des coûts sont : vitesse, consommation, précision, taille, intégration. Dans les produits complexes, on retrouve, presque toujours, les interfaces avec le monde extérieur en analogique. Les signaux d'entrée viennent en général des capteurs et les signaux de sortie vont, en général, vers les actionneurs. Les convertisseurs AN sont le plus souvent associés aux capteurs et les NA aux actionneurs.
Cet article est une mise à jour du précédent article écrit en 2004 et la suite des articles [E370] et [E371].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2004 par Claude PRÉVOT
DOI (Digital Object Identifier)
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Technologies des CAN et des CNA
En anglais
2. État de l'art des CAN et CNA
2.1 État de l'art des CAN sur le marché
Les techniques de CAN se sont développées en fonction des exigences et des besoins du marché.
Les architectures et les technologies ont été choisies selon les fréquences et résolutions cherchées.
De plus, chaque fabricant a ses contraintes propres, par exemple produire avec son process, intégrer le convertisseur dans un circuit numérique ou un circuit mixte (cf. figure 2).
En particulier, les architectures ont été développées et adaptées pour pouvoir utiliser la technologie CMOS qui domine le marché, profitant ainsi des énormes investissements faits sur cette technologie (cf. tableaux 1 et 2).
En résumant et simplifiant le tableau 2 :
-
Les solutions grandes linéarités haute résolution au-delà de 16 à 18 bits tendent à privilégier les architectures Sigma-Delta, qui de plus peuvent donner de grandes performances sur un process silicium numérique. C'est le domaine de la mesure, pesage, comptage et audio avec des résolutions affichées de 20 à 24 bits.
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Le domaine intermédiaire 16 à 18 bits de quelques kilohertz à quelques mégahertz (10 MHz) est dominé par les SAR qui du fait des améliorations de la précision obtenues par les process récents CMOS, sont en pleine progression. Les basses résolutions 8 et 10 bits sont délaissées et les fabricants offrent peu de nouveaux produits (les produits existants couvrent les besoins).
-
De quelques dizaines de mégahertz à quelques centaines de mégahertz et de 10 à 16 bits, les pipelines dominent avec, par exemple, une rupture dans les architectures faite par la société Kenet (celle-ci a été rachetée par la société Intersil en fin 2008), qui fait travailler son convertisseur dans le domaine des charges et utilise un process CMOS très fin fourni par un fondeur externe.
-
Au-delà de 1 GHz, les convertisseurs « folding » ont récemment affirmé leur supériorité sur les « flash » avec National Semiconductor porté par un process CMOS 0,180 µm.
On trouve des flash ou des SAR à l'intérieur des pipelines sur les différents étages ou même dans des Sigma-Delta...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - R.H. WALDEN, - ‘Analog-to-digital converter survey and analysis,' - IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 17, no. 4, pp. 539-550, April 1999.
-
(2) - KESTER, WALT, - The Data Conversion Handbook, ISBN 0-7506-7841-0, - http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-06/data_conversion_handbook.html (Ce Hand-book peu être téléchargé, sur le site d'Analog-Devices, à l'adresse ci dessus.)
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Sur le site de la société Analog Devices Inc., un certain nombre d'outils et de modèles de simulation sont disponibles dans les domaines analogique-numérique et numérique-analogique. Cela va de la simple simulation théorique ‘en ligne' sur leur site, jusqu'à des modèles complexes qui peuvent être interfacés avec des outils tels que Mathlab, Simulink de la société The MathWorks ainsi que ADS de la société Agilent.
Les domaines temporels et spectraux sont accessibles.
Les cartes de démonstration sont aussi le plus souvent associées à des cartes d'acquisition (ou d'envoi) des données numériques acquises, vers un PC via un port USB. Des logiciels de traitement permettent de faire des FFT, affichage temporel, histogrammes.
Presque toutes les autres sociétés ont aussi ces logiciels associés aux cartes de démonstration, mais peu de simulation de plus haut niveau.
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