ratiometric

Un système ratiométrique produit un signal de sortie dont l'amplitude est directement proportionnelle à son signal d'entrée. En électronique industrielle, cela signifie que le rapport entre la sortie et l'entrée reste constant sur toute la plage de fonctionnement. Si vous doublez la tension d'entrée, la tension de sortie double. Si vous la divisez par deux, la sortie est divisée par deux. Cette proportionnalité est maintenue quelles que soient les variations de la tension d'alimentation, la dérive en température ou le vieillissement des composants, à condition que le système soit correctement conçu.

L'architecture ratiométrique classique utilise une seule tension d'alimentation pour l'excitation du capteur et le circuit de mesure. Un convertisseur analogique-numérique (CAN) référence la même alimentation qui alimente le pont du capteur ou le transducteur. Lorsque la tension d'alimentation varie de 5 pour cent, la sortie du capteur et la tension de référence dérivent toutes deux de 5 pour cent, s'annulant mutuellement. Le CAN voit le même code numérique. Une conception non ratiométrique référence une tension régulée distincte ; le bruit d'alimentation apparaît alors comme une erreur dans la mesure.

Où le ratiométrique est le plus important

Les transducteurs de pression, les capteurs de force et les détecteurs de température à résistance (RTD) dans des environnements industriels difficiles bénéficient le plus de l'excitation ratiométrique. Un pont de jauge de contrainte dans une balance tire 5 mA d'une alimentation ; la tension de sortie du pont est proportionnelle à cette même alimentation. Lorsque l'alimentation chute sous charge, le signal du pont chute en conséquence. Un CAN ratiométrique comparant la sortie du pont à la tension d'alimentation mesure le poids réel de la charge, et non la chute de tension d'alimentation. Sans architecture ratiométrique, vous auriez besoin d'un régulateur de tension de précision, ce qui ajouterait des coûts et de la complexité.

La conception ratiométrique sacrifie la précision absolue au profit de la stabilité. Un système ratiométrique avec une tolérance d'alimentation de 10 pour cent et une non-linéarité de CAN de 5 pour cent ne sera pas précis si vous le calibrez une fois et supposez qu'il restera stable. Mais les mesures relatives, la répétabilité et l'immunité à la dérive à long terme s'améliorent considérablement. C'est pourquoi le terme apparaît le plus souvent dans les fiches techniques des frontaux analogiques industriels, les spécifications des CAN de microcontrôleurs et les modules de conditionnement de signal conçus pour le bruit et les variations de température des ateliers.

Le terme est parfois mal utilisé. Un système qui utilise simplement une seule alimentation n'est pas automatiquement ratiométrique ; la référence du CAN et l'excitation du capteur doivent être couplées de manière à ce que les erreurs s'annulent. Une véritable conception ratiométrique exige une attention particulière à la manière dont la tension de référence est dérivée, à l'endroit où les entrées du CAN sont polarisées et si les coefficients de température des chemins d'excitation et de mesure sont appariés. Sans cette discipline, vous n'avez qu'une seule alimentation, pas un circuit ratiométrique.