Convertisseur analogique-numérique double rampe

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Le convertisseur analogique-numérique double rampe est un dispositif électronique qui transforme une tension en un temps, les 2 grandeurs étant proportionnelles. Ce temps peut ensuite être numérisé à l'aide d'un compteur.

[modifier] Historique

[modifier] Fonctionnement

Ce type de convertisseur fonctionne en deux étapes :

Première étape : intégration de la tension à mesurer $v_x (t) \,$ pendant une durée $T_{int} \,$ fixe appelée période d'intégration.

L'interrupteur K₁ est fermé et l'interupteur K₂ est ouvert.

Comme on peut le constater en observant le schéma et les courbes ci-dessus, cette intégration a pour effet de fournir une tension en sortie de l'intégrateur qui est égale à la tension aux bornes du condensateur et qui a pour expression :

$v_s (t) = \frac{1}{R_1C} \int_0^{T_{int}} v_x \cdot dt \,$

Si cette tension $v_s (t) \,$ atteint une valeur égale à $U_{C_{max}} \,$ , un circuit logique impose, soit un changement de calibre pour les appareils à calibration automatique (en anglais : autorange), soit l'affichage d'un signal de dépassement.

Deuxième étape : décharge à courant constant du condensateur.

L'interrupteur K₂ est fermé et l'interupteur K₁ est ouvert. Le montage se comporte alors comme un générateur de courant constant $I_{cte} = - \frac{V_{Ref}}{R_2} \,$ . Ce courant décharge le condensateur C

C'est lors de cette seconde étape qu'a lieu la conversion analogique-numérique proprement dite : un compteur échantillonne la durée ∆t_x nécessaire à la décharge complète du condensateur. Les courbes montrent bien que cette durée est proportionnelle à la valeur de la tension atteinte à la fin de l'étape 1.
Si certaines conditions (fréquence de la tension v_x suffisante, ...) sont respectées, cette durée est proportionnelle à la valeur moyenne de la tension d'entrée.

[modifier] Performances

Ce type de convertisseur ne peut numériser précisément la valeur moyenne d'une tension qu'à condition que l'une des relations T_int >> T ou T_int = nT avec n entier soit vérifiée. De ce fait, ces appareils sont toujours limités dans le domaine des basses fréquences à quelques dizaines de Hz. C'est aussi une des raisons qui a conduit les constructeurs à utiliser comme durée d'intégration (généralement 100 ms) un multiple commun aux deux périodes de distribution utilisées dans le monde : 100 ms = 5 x 20 ms = 6 x 16,66 ms.

Ce convertisseur constitue le circuit de base des voltmètres numériques