Couverture ElectroniqueS n°127

Toujours plus véloces à résolution donnée, moins voraces en énergie, les convertisseurs A/N repoussent leurs limites grâce à quelques innovations architecturales et à l'amélioration des procédés technologiques. Cette marche en avant est justifiée par le fait que les performances des systèmes d'acquisition de données et de traitement de signal sont encore souvent tributaires de celles du CAN. Télécharger l'intégralité de l'article en PDF Dans une chaîne d'acquisition de données et de traitement du signal, le CAN est l'élément incontournable, dès lors qu'il s'agit de faire la jonction entre les mondes de l'analogique et du numérique. La multitude des applications concernées explique l'omniprésence de cet élément, de même que la diversité des produits et des architectures susceptibles de remplir au mieux les exigences de vitesse, de précision, de consommation, de coût. Ce dossier se limite aux convertisseurs rapides, un qualificatif à la fois arbitraire et à la frontière fluctuante. En effet, par le passé un CAN était affublé du label « high-speed » dès lors que sa vitesse de conversion était de 1 Méch./s et plus. Aujourd'hui, 10 Méch./s sont le plus souvent considérés comme un minimum. Ce seul critère évince de facto certaines familles de convertisseurs destinés aux systèmes exigeants en matière de précision, mais beaucoup moins en termes de célérité. Ce qui est notamment le cas des applications audio qui requièrent des convertisseurs 24 bits dont la fréquence d'échantillonnage est au mieux de 192 kéch./s. Si dans de nombreuses situations une fréquence d'échantillonnage élevée est indispensable, de par la nature et les caractéristiques des signaux analogiques en présence, elle signifie souvent aussi que le traitement numérique du signal pourra s'effectuer plus en amont dans la chaîne. Ce qui au final s'avérera bénéfique pour le concepteur, qui tirera ainsi profit du haut niveau d'intégration autorisé par le numérique. L'entrelacement temporel pour aller encore plus haut L'entrelacement temporel de CAN multiples avec multiplexage des sorties est une méthode conceptuellement simple pour multiplier la cadence d'échantillonnage. Chaque CAN échantillonne alors alternativement le signal d'entrée. Par exemple, dans un réseau de quatre CAN en parallèle, chacun d'eux travaille à un quart de la fréquence d'échantillonnage du système, et chaque horloge individuelle est déphasée de 90° par rapport à la précédente. Le flux de sortie est obtenu en entrelaçant les données issues des diverses voies. Le principe est particulièrement en vogue dans l'industrie du test et de la mesure. Ainsi, pour sa gamme d'oscilloscopes numériques « Infiniium », Agilent Technologies a récemment développé un convertisseur 8 bits et 20 Géch./s utilisant l'entrelacement temporel. Cependant, à mesure que la résolution demandée croît, la mise en &oelig;uvre de l'entrelacement temporel se révèle de plus en plus délicate. En effet, si un système 8 bits peut tolérer quelques imperfections, à 12 ou 14 bits, les différences tant électriques que physiques entre les voies doivent être gommées. Toute désadaptation entre les canaux (erreurs de gain et de phase) est en effet sanctionnée par une dégradation de la plage dynamique, avec apparition de composantes parasites (image spurs, offset spurs) dans le spectre. Si cet appariement faisait naguère appel à des recettes analogiques, et bien souvent à une circuiterie additionnelle, il est devenu plus avantageux de le réaliser par un post-traitement numérique avancé. C'est ce qui est réalisé dans les modules multipuces (AD12400) commercialisés par Analog Devices. Ceux-ci introduisent des fonctions de transfert de compensation afin de délivrer des sorties calibrées. Pour ce faire, ils intègrent sous la forme d'un FPGA, un banc de filtres FIR programmés une fois les CAN caractérisés en usine, et les coefficients calculés. (1) Le rôle de l'arséniure de gallium se limite aujourd'hui aux convertisseurs flash ultrarapides de résolution 6 ou 8 bits. En raison de leur coût et de leur consommation, ils sont réservés aux marchés de niche. Le silicium-germanium serait quant à lui surtout intéressant pour réaliser des frontaux RF incluant la conversion de données. (2) Ces convertisseurs sont toutefois encore en usage dans certains systèmes (par exemple les multimètres numériques) et environnements industriels, grâce à leur précision et à une excellente réjection du bruit (et notamment la réjection du 50 ou du 60 Hz).

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