Couverture ElectroniqueS n°127

National Semiconductor pousse dans ses retranchements l'architecture sigma-delta pour accoucher d'un CAN 12 bits 50 Méch/s multicanal qui vient concurrencer les traditionnels modèles pipeline, tels les ADS528x lancés simultanément par TI. Les équipements d'imagerie médicale, les systèmes de communication sans fil, les radars ou les appareils de test se doivent de gérer un nombre croissant de canaux et tendent, tous, à devenir portables. Une tendance qui implique de recourir à des composants multicanaux consommant le moins possible d'énergie. Les convertisseurs analogique-numérique notamment, indispensables dans toutes les applications susnommées, cherchent à satisfaire ces contraintes. Visant par exemple les appareils portables d'imagerie par ultrasons ou par résonance magnétique (IRM), Texas Instruments vient de lancer à cet effet la famille ADS528x de convertisseurs analogique-numérique pipeline rapides à huit canaux. Avec, à la clé, une baisse drastique de la consommation, jugée inférieure de 30 % à celle des circuits concurrents. Les ADS5281 (12 bits, 50 Méch/s), ADS5282 (12 bits, 65 Méch/s) et ADS5287 (10 bits, 65 Méch/s) consomment au maximum 77 mW par canal. Si l'on observe la concurrence des CAN à huit canaux, c'est, effectivement, largement moins que l'AD9222 d'Analog Devices (114 mW par canal pour ce modèle 12 bits 65 Méch/s) et son équivalent 10 bits 65 Méch/s AD9212 (100 mW), ou que le MAX1438 de Maxim (12 bits 65 Méch/s à 114 mW). Ils bénéficient en outre d'une fonction alignant cette consommation d'énergie sur la fréquence d'échantillonnage : à 30 Méch/s, ils ne nécessitent déjà plus que 48 mW. Trois autres fonctionnalités ont été intégrées dans ces circuits, afin de faciliter leur utilisation. Tout d'abord, un mode de suppression de bruit en 1/f permet d'améliorer le rapport signal sur bruit de 4,2 dB sur une bande de 1 MHz. Ensuite, un bloc de traitement des surcharges assure que chaque canal de conversion délivre un échantillonnage exact du signal d'entrée juste un coup d'horloge après que ce dernier a dépassé la pleine échelle d'entrée de 6 dB ou moins (on parle d'overload recovery). Enfin, les ADS528x embarquent un étage de gain programmable entre 0 et 12 dB : des sorties pleine échelle peuvent donc être obtenues à partir de signaux d'entrée ne dépassant pas une excursion de 0,5 V crête à crête. S'appuyant sur l'étendue de son catalogue, Texas Instruments a équipé les ADS528x d'une interface directe avec son amplificateur à gain variable huit canaux VCA8500, lequel combine une consommation de seulement 63 mW par canal et un bruit de tension en entrée de 0,8 V/racine (Hz) seulement. La combinaison des deux constitue une chaîne de numérisation du signal consommant moins de 130 mW par canal à 50 Méch/s, soit « moins que toute solution concurrente aujourd'hui disponible », avance Christophe Gromann, responsable européen du développement des ventes pour l'analogique haut de gamme chez Texas Instruments. L'encombrement de cette solution à deux puces a également été soigné, puisque chaque composant est encapsulé dans un boîtier QFM 64 contacts mesurant 9 x 9 mm. Les sigma-delta montent en fréquenceReste toutefois à s'acquitter du prix, en rapport avec le niveau de performances : les ADS5281/2/7 sont respectivement vendus 60 $, 68,6 $ et 40 $ pour des quantités de cent pièces, tandis que le VCA8500 est, lui, proposé à 40 $, toujours par lots de cent pièces. Les échantillons de l'ADS5281 et du VCA8500 sont d'ores et déjà disponibles, ceux des ADS5282 et ADS5287 le seront avant l'été. Généralement considérée comme la seule solution pour la conversion analogique-numérique rapide sur 10 à 14 bits, l'architecture pipeline se voit toutefois concurrencée par une autre architecture jusqu'ici réservée à la numérisation haute définition moins rapide : les CAN sigma-delta. TI lui-même travaille depuis quelques années sur des modèles de plus en plus rapides, mais c'est aujourd'hui National Semiconductor qui crée l'évènement avec l'ADC12EU050, un CAN sigma-delta 12 bits huit canaux dont la fréquence d'échantillonnage atteint pas moins de 50 MHz ! Basé sur la méthodologie de conversion en temps continu héritée du rachat de Xignal Technologies début 2007, ce CAN combine la rapidité des modèles pipeline avec les avantages inhérents des sigma-delta, à commencer par un filtrage passe-bas « naturel » qui lui assure une bande passante sans alias de 25 MHz. Il se distingue par un rapport signal sur bruit (SNR) de 70 dB, une marge dynamique (SFDR) de 78 dB, une isolation entre canaux supérieure à 110 dB et un nombre de bits effectifs de 10,7. Sa consommation bat également des records de frugalité : elle ne dépasse pas 44 mW sous 1,2 V par canal à plein régime, soit environ 350 mW pour les huit canaux cumulés. L'ADC12EU050 assure également un overload recovery en un seul cycle d'horloge, et embarque une boucle à verrouillage de phase (PLL) et un oscillateur contrôlé en tension (VCO) qui prennent en charge la mise en forme des signaux de synchronisation et rendent possible l'utilisation d'une horloge externe de moindre qualité, donc économique. Enfin, le traditionnel amplificateur à échantillonnage-blocage d'entrée peut être supprimé grâce à l'étage d'entrée purement résistif et facilement pilotable. Notons enfin que les signaux de sorties sont sérialisés au format LVDS/ SLVS, afin de simplifier l'interconnexion. Encapsulé en boîtier LLP 68 contacts mesurant 10 x 10 mm, l'ADC12EU050 est vendu 64 $ par quantités de mille pièces.

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