Convertisseur numérique-analogique (CNA) et analogique-numérique (CAN)
Mesure des composants électroniques - Partie 3 : mesure des composants actifs
R1080 v3 Article de référence

Convertisseur numérique-analogique (CNA) et analogique-numérique (CAN)
Mesure des composants électroniques - Partie 3 : mesure des composants actifs

Auteur(s) : Patrick POULICHET, Gilles AMENDOLA, Christophe DELABIE, Yves BLANCHARD

Relu et validé le 27 août 2024 | Read in English

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Présentation

1 - Composants actifs discrets

2 - Test des amplificateurs opérationnels et comparateurs

3 - Mesure du point de compression à 1 dB et du point d'interception d'ordre 3

4 - Convertisseur numérique-analogique (CNA) et analogique-numérique (CAN)

5 - Test des circuits intégrés numériques

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Que les composants actifs soient discrets (diodes, transistors) ou intégrés (logiques, analogiques), leur contrôle comporte généralement la vérification des paramètres électriques statiques, le contrôle fonctionnel et la vérification des paramètres dynamiques. Chacune de ces étapes revêt une importance variable selon la finalité du contrôle et le composant concerné. Cet article examine pour chaque famille de semi-conducteurs, donc pour chaque paramètre spécifique (intensité du courant, capacité d’entrée et de sortie, point de compression, résolution, tension de travail…), les mesures à effectuer et les moyens à mettre en œuvre pour les réaliser.

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Auteur(s)

INTRODUCTION

Que les composants soient discrets (diodes, transistors) ou intégrés (logiques, analogiques), leur contrôle comporte généralement trois étapes :

  • la vérification des paramètres électriques statiques (tensions, intensité de courant) définissant les caractéristiques d'interchangeabilité ;

    le contrôle fonctionnel vérifiant l'aptitude du composant à remplir sa fonction ;

    la vérification des paramètres dynamiques garantissant le fonctionnement du circuit à certaines fréquences ou dans certaines bandes de fréquence.

Ces étapes seront totalement ou partiellement suivies, selon la finalité du contrôle, c'est-à-dire selon que l'on s'intéresse au contrôle de fabrication (test des tranches de silicium, contrôle de sortie de fabrication ou d'entrée chez l'utilisateur), au contrôle de qualité ou d'évaluation, ou au diagnostic de panne (analyse de défaillance).

Ainsi, pour le contrôle de sortie, le temps de test sera un des éléments prépondérants, alors que, pour le contrôle de qualité ou d'évaluation, la précision des mesures sera l'élément primordial.

Nous allons dans la suite de ce dossier examiner, pour chaque famille de semi-conducteurs, les mesures à effectuer, et les moyens à mettre en œuvre pour les réaliser.

Ce texte est la nouvelle édition de l'article Mesure des composants électroniques, rédigé en 1993 par Jean-Claude Gourdon et Paul Prodhomme, dont sont repris quelques extraits. Il fait suite aux articles [R 1 078v2] et [R 1 079] qui traitent des méthodes générales de mesure des composants électroniques, et des composants passifs.

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4. Convertisseur numérique-analogique (CNA) et analogique-numérique (CAN)

4.1 Principales caractéristiques des CNA et CAN

Un convertisseur parfait est complètement défini par ses caractéristiques statiques que sont sa résolution en nombre de bits et sa gamme de tension de travail. La fonction de transfert du convertisseur est en marches d'escalier. Pour un CAN, toute valeur analogique comprise dans une marche est représentée en sortie par la valeur numérique correspondant à une des bornes. L'erreur de conversion, intrinsèque à la fonction, correspond à la différence entre l'entrée analogique et la valeur effectivement codée (valeur de la borne).

Selon l'emplacement des seuils de conversion, on distingue la loi de conversion au plus proche et la loi de conversion par défaut.

En ce qui concerne la loi de conversion au plus proche, le premier seuil se trouve à q/2 au dessus de la tension la plus basse, alors que c'est q pour la loi par défaut. q représente le quantum de quantification, c"est-à-dire la variation correspondant à un changement du bit de poids le plus faible en sortie (LSB pour Least Significant Bit  ). D'après la figure , tracée pour un CAN 3 bits, on a q = 2 PE/2NN est le nombre de bits de la sortie numérique et PE la valeur pleine échelle.

Dans le cas de la figure , il s'agit d'un CAN bipolaire travaillant entre [– PE ; PE] ; il existe également des convertisseurs unipolaires travaillant entre [0, PE].

La majorité des convertisseurs actuels utilisent la loi au plus proche.

Les méthodes de test restent les mêmes quelle que soit la loi utilisée, il faut cependant tenir compte du type du convertisseur pour adapter les valeurs d'entrées selon ces spécificités ou faire une analyse correcte des résultats.

La fonction de transfert d'un CNA est en marches d'escalier (figure ). La hauteur d'une marche représentant la variation d'un LSB du convertisseur en valeur analogique de sortie (courant ou tension).

HAUT DE PAGE

4.2 Objectif des tests

Les tests vont avoir comme but de mesurer les décalages des caractéristiques statiques par rapport à la fonction de transfert idéale ainsi que les limitations venant des caractéristiques dynamiques.

Le test des convertisseurs présente deux...

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