DAC

Un convertisseur numérique-analogique est un circuit électronique qui transforme des valeurs numériques discrètes, généralement exprimées sous forme de mots binaires, en signaux analogiques continus de tension ou de courant. Un processeur ou une puce mémoire émet un code (par exemple, 8 bits, 12 bits ou 16 bits de large); le CAN lit ce code et produit une sortie analogique proportionnelle. Cette tâche de conversion unique est fondamentale: presque tous les signaux qui pilotent un moteur, chargent une batterie, modulent une porteuse radiofréquence ou contrôlent un haut-parleur doivent d'abord passer par un CAN.

L'architecture la plus courante est la topologie de réseau à résistances pondérées ou R-2R. Les bits d'entrée contrôlent des commutateurs analogiques qui connectent des résistances de précision à un nœud de sommation; les valeurs des résistances sont mises à l'échelle de sorte que chaque bit contribue sa fraction correcte de la sortie pleine échelle. Un amplificateur opérationnel met en mémoire tampon et met à l'échelle le résultat. Un CAN 10 bits résout la plage de sortie complète en 1024 étapes; un CAN 16 bits en 65536 étapes. La résolution seule ne garantit pas la précision: l'erreur de linéarité, la dérive d'offset et le temps de stabilisation affectent tous les performances réelles. Les topologies à approximations successives et à commande de courant sont courantes dans les dispositifs rapides et à haute résolution.

Sélection et application

Le choix du CAN dépend de la bande passante, de la résolution, de la consommation d'énergie et de l'impédance de sortie. Une application audio pourrait utiliser un appareil 24 bits à un taux d'échantillonnage de 96 kHz avec un faible bruit de fond d'environ 100 dB. Un contrôle moteur pourrait utiliser un CAN 12 bits fonctionnant à 10 kHz avec une excursion de sortie de 10 mA. Les instruments portables exigent un faible courant de repos, souvent de l'ordre du microampère; les systèmes de contrôle industriels tolèrent une puissance plus élevée mais nécessitent une stabilité en température sur 0 à 70 degrés C ou plus. La mise en mémoire tampon de sortie (un amplificateur opérationnel dédié ou un étage de sortie intégré) est presque toujours nécessaire car le cœur du CAN lui-même ne peut que fournir ou absorber de petits courants, généralement inférieurs à 5 mA.

Les CAN tombent en panne le plus souvent en raison de décharges statiques dans des entrées non protégées, de la saturation du tampon d'entrée en cas de surcharge ou de la perte de stabilité de la tension de référence. La tension de référence définit la sortie pleine échelle; toute ondulation ou dérive de température dans la référence apparaît directement à la sortie. Un changement de 0,1 % dans la référence de 5 V provoque une erreur de 0,1 % dans le signal analogique final. C'est pourquoi les CAN de précision incluent des tampons de référence sur puce ou sont associés à des références externes avec des coefficients de température appariés.

Les microcontrôleurs modernes à signaux mixtes intègrent des CAN aux côtés de convertisseurs analogique-numérique et de logique numérique pour former des moteurs de mesure et de contrôle compacts. Les interfaces série comme SPI et I2C permettent la communication avec une logique de multiplexage ou de séquençage externe. Le CAN reste invisible pour la plupart des utilisateurs, intégré profondément dans les codecs audio, les puces d'interface de capteurs et les circuits intégrés de gestion de l'alimentation, mais sa précision et sa vitesse déterminent la fidélité de l'ensemble du système.