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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Présentation
État de l'art des CAN et CNA
En anglais
1. Marché
1.1 Répartition des besoins et solutions
-
Besoins
Les besoins sont pratiquement illimités, en termes de fréquence, de bande passante et de résolution.
Il est évident qu'un CAN et/ou un CNA ayant 120 dB de dynamique, des vitesses au-delà du gigahertz pour une consommation d'un dixième de watt et un coût inférieur à 1 € résoudrait beaucoup des problèmes de conversion. Ces composants n'existent pas encore, mais il faut se rappeler qu'il existe d'autres limitations comme le transfert des données et le traitement (processing) qui, au-delà de plusieurs centaines de mégahertz ou millions de conversions par seconde (MIPS), deviennent cher, voire difficile vers 1 GHz et coûtent en puissance dissipée.
Une approche des limites théoriques et pratiques des convertisseurs peut être résumée par le facteur de mérite F : nombre de LSB converti divisé par l'énergie utilisée (LSB Less Significant Bit ; bits de poids faible). F est le produit de 2 à la puissance du nombre de bits (soit de résolution, soit effectif) multiplié par la fréquence d'échantillonnage, divisé par la puissance consommée :
![]()
Unité : LSB : Hz / W ou encore LSB / J (joule).
Dans d'autres publications c'est l'inverse de cette valeur qui est utilisée :
![]()
Unité : J / pas de conversion (on utilise souvent une sous-unité en picojoules (10-12 J) ou femtojoules (10-15 J) par exemple : 4,4 fJ/conversion-step)
C'est un constat, sur ces trois paramètres résultant des contraintes multiples de la conception des convertisseurs, et même par exemple en sacrifiant complètement la puissance dissipée, on ne peut pas atteindre n'importe quelle vitesse.
De plus, les convertisseurs sont en dessous d'une courbe typiquement limitée à 24 bits, puis en décroissance de 1 bit par décade de fréquence, à partir d'une centaine de kilohertz.
Selon les possibilités techniques, les efforts de développement des fabricants, on s'approche plus...
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Marché
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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