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
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Produits intégrant des CAN ou des CNA
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3. Technologies des CAN et des CNA
Le marché de la conversion de données s'est beaucoup développé ces dernières années. Les exigences des convertisseurs, tant au niveau des performances que des coûts ou de l'encombrement, ont amené les industriels et les universitaires à étudier de nouvelles architectures et des technologies spécifiques. Les CAN/CNA sont aujourd'hui réalisés sur une seule puce (technologie monolithique). Ils bénéficient des avantages d'une intégration poussée, c'est-à-dire d'une augmentation de la densité et de la vitesse, et d'une consommation moindre. Aujourd'hui, beaucoup de CAN/CNA sont de véritables systèmes qui comprennent à peu près tout ce qui est analogique (multiplexeurs, échantillonneurs-bloqueurs, etc.), mais également du numérique avec du traitement de signal (correction d'erreur, moyennage, calibrage, interface de programmation). Ils utilisent souvent une tension d'alimentation unique de 3,3 à 1,8 V.
Certains circuits gardent des tensions plus élevées pour accepter des signaux analogiques de 5, 10 et ± 10 V qui sont très utilisé dans le monde industriel.
Les boîtiers sont, comme pour tous les composants, de plus en plus petits et montés en surface. Les tailles vont du SOT23-6 ; SC70-xx LLP6 pour les plus simples, avec évidemment une interface série, à des LQFP avec une centaine de broches et des pas entre broches de 0,8 à 0,4 mm.
Sur les produits ayant des entrées multiplexées, les BGA (Ball Grid Array) sont présents avec par exemple un « 160-lead chip scale ball grid array (12x12x1,4mm) 0.8pitch », et des interfaces parallèles rapides de type LVDS. Les boîtiers type CSP (Chip Size Package) et contacts type leadless ou BGA permettent une intégration maximale dans le boîtier en diminuant le ratio surface de puce/surface de boîtier.
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Technologie monolithique
À peu près toutes les technologies monolithiques sont utilisables pour faire des convertisseurs : CMOS, BiCMOS et bipolaire. Pour les convertisseurs, la technologie monolithique représente la totalité des produits.
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Process CMOS
Le CMOS (MOS complémentaire) offre la consommation la plus basse et le meilleur coût en bénéficiant des investissements énormes faits dans cette technologie pour développer les circuits numériques. Tous les convertisseurs destinés à une large diffusion et/ou qui ne requièrent pas la vitesse la plus élevée sont réalisés...
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Technologies des CAN et des CNA
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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