Couverture ElectroniqueS n°127

Synthétiser des signaux de qualité à des fréquences de plus en plus élevées est devenu une nécessité dans nombre d'applications, notamment dans le secteur des communications sans fil et large bande. Les CNA se sont mis au diapason, tout en étant davantage intégrés et moins voraces en énergie grâce aux bienfaits du Cmos. Dans le domaine des convertisseurs numérique-analogique rapides, comme dans bien d'autres, plus que l'imagerie électronique, la vidéo, le test et l'intrumentation, ce sont les télécoms qui tirent les performances et suscitent l'innovation. Ces convertisseurs trouvent en effet leur juste emploi dans les chaînes de transmission de signal, où leur mission est de reconstruire une onde analogique discrète, plus ou moins complexe en fonction du schéma de modulation. L'avènement des radios numériques multiporteuses en large bande et la généralisation des techniques de conversion directe expliquent l'engouement constaté pour de tels composants. En effet, si d'un côté l'architecture multiporteuse réduit le nombre de voies de transmission, de l'autre la conversion directe transpose le signal bande de base directement en RF, faisant de la sorte l'impasse sur un étage de conversion en fréquence intermédiaire. Ces deux mesures se traduisent par une moindre complexité architecturale, une diminution drastique du nombre de composants et incidemment par un coût moindre. Le revers de la médaille est la pression mise sur le CNA qui, à l'instar de son symétrique CAN côté réception, devient le maillon critique de la chaîne de transmission du signal. Ajoutons à cela que les architectures de transmission large bande, pour l'UMTS notamment, ont vu l'émergence de techniques de prédistorsion numérique, afin de compenser les défauts de linéarité des amplificateurs de puissance. Ce qui a ajouté encore des contraintes au niveau du CNA, dont la cadence en hausse résulte de la bande passante excédentaire requise pour effectuer cette correction. Citons un autre exemple, celui des services émergents de distribution de la vidéo, où la conversion de signaux modulés en quadrature s'effectue dans une large bande RF. Avec le niveau de performances atteint par les CNA actuels, la synthèse directe de signaux QAM en fréquence haute est envisageable, tout en respectant les impératifs de rapport signal à bruit et d'interférences dans le canal adjacent. De fait, nombreuses sont aujourd'hui les applications qui demandent une vitesse d'échantillonnage élevée pour traiter les signaux haute fréquence mis en jeu, mais aussi pour relaxer le filtrage en aval, et requièrent une précision suffisante, tout en respectant les exigeants critères de pureté spectrale. Si les CNA de nouvelle génération assurent un niveau de performances globalement de plus en plus élevé, avec notamment d'excellentes caractéristiques dynamiques dans une bande élargie, on ne saurait passer sous silence les progrès réalisés en matière d'intégration, mais aussi d'encapsulation. Du bon usage de la segmentation Beaucoup d'architectures sont en vogue dans l'univers de la conversion numérique-analogique. Certaines ne sont naturellement pas adaptées à soutenir des cadences d'échantillonnage de 40 Méch./s et plus. A cette vitesse et au-delà, le CNA typique délivre, via des sorties différentielles, un courant et non une tension. La valeur de pleine échelle de ce courant est parfois ajustable, entre 2 et 20 mA généralement. La topologie du convertisseur est basée sur un système de sources de courant. Dans la structure dite « pondérée binaire » (binary-weighted), les valeurs de ces sources de courant sont pondérées (1 :2 :4 :… 2N-1) selon le bit que chacune d'entre elles représente. Si cette architecture a le mérite de la simplicité, en ce sens qu'elle ne demande pas de décodage du mot d'entrée, elle n'est guère adaptée aux résolutions élevées. Ainsi, pour un CNA 8 bits, le rapport entre les valeurs des intensités délivrées par les diverses sources est de 128 :1. Ce qui présente des difficultés de réalisation, en particulier au niveau de l'appariement des transistors constitutifs des miroirs de courant. Enfin, à un instant donné, la forte quantité de courant commuté pendant les transitions majeures se traduit par des problèmes de glitch (transitoires de commutation). Dans la structure « code thermomètre » (ou fully-decoded), un réseau de sources de courant identiques, et donc moins sujettes au déséquilibrage, est mis en &oelig;uvre. Un décodage binaire en amont est néanmoins réclamé, et l'accès à chaque transistor unité entraîne un surcroît de complexité dans la commande des interrupteurs. La monotonie est garantie et les performances de linéarité sont bonnes. Cette dernière peut encore être améliorée en évitant de sélectionner les mêmes sources de courant en fonction d'un code donné, et ce au prix d'une circuiterie logique additionnelle. La génération potentielle de raies parasites dans le spectre peut être évitée en adoptant une séquence pseudo-aléatoire. Mais bien souvent, lorsqu'il s'agit de concevoir un CNA avec des performances spécifiques, une même architecture se révèle peu adaptée. De ce fait, beaucoup de CNA rapides ont actuellement recours à la segmentation afin de réunir le meilleur des mondes (figure). Concrètement, un CNA de résolution N1 prend en charge les LSB, tandis qu'un second de résolution N2 s'occupe des MSB. Le premier est généralement de type pondéré binaire, tandis que le second fait appel à un codage thermomètre. Leurs sorties sont alors combinées afin d'obtenir l'information de courant en sortie, représentative du code d'entrée. A partir de ce modèle, de nombreuses variantes sont envisageables. Ensuite, c'est l'expérience du fabricant qui entre en jeu pour la répartition optimale des bits entre les structures, la qualité de la circuiterie de commutation et de verrouillage…

Les convertisseurs N/A rapides

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure

Les convertisseurs N/A rapides

Dans la même rubrique

Couverture ElectroniqueS n°127

IBM grave les premières puces en 2 nm en abandonnant les FinFET

Zeta, le protocole LPWAN made in China, arrive en Europe

Harting invente le connecteur électronique sur mesure