CAN à rampe numérique (compteur) : fonctionnement, avantages et limitations

Souvent appelé CAN à rampe par paliers ou simplement compteur CAN, le convertisseur à rampe numérique est conceptuellement simple mais présente des contraintes de performance inhérentes.

L'idée centrale est d'alimenter un compteur binaire libre dans un convertisseur numérique-analogique (CNA), puis de comparer la sortie analogique du CNA avec le signal à numériser. La sortie du comparateur contrôle l'arrêt et la réinitialisation du compteur, « verrouillant » ainsi la valeur numérique correspondant à la tension d'entrée.

À chaque impulsion d'horloge, le compteur s'incrémente et le CNA élève sa tension par pas discrets. Le comparateur surveille en continu si la sortie du CNA a dépassé l'entrée analogique.

Si la tension d'entrée est supérieure à la sortie du CNA, le comparateur reste haut et le compteur continue de compter. Une fois que la tension du CNA dépasse l'entrée, le comparateur bascule à l'état bas.

Deux événements se produisent alors : la transition basse « verrouille » la valeur actuelle du compteur dans le registre à décalage, fournissant la sortie numérique du CAN ; et le compteur reçoit un signal de CHARGEMENT actif bas, le réinitialisant à zéro sur le prochain front d'horloge.

Ainsi, le CAN produit un escalier de sorties CNA qui grimpe jusqu'à atteindre le niveau d'entrée, capture le code binaire correspondant, et redémarre le cycle. Une illustration dans le domaine temporel est montrée ci-dessous :

Remarquez comment l'intervalle entre les mises à jour successives varie avec l'amplitude d'entrée : les signaux plus faibles génèrent des mises à jour plus fréquentes, tandis que les signaux plus forts produisent des intervalles plus longs.

Dans de nombreuses applications réelles, cette période d'échantillonnage variable est inacceptable. De plus, la nécessité de compter à partir de zéro pour chaque cycle de conversion impose une limite de vitesse fondamentale, rendant le CAN à rampe numérique moins compétitif que les architectures alternatives basées sur des compteurs.

Malgré ces inconvénients, la simplicité de la conception à rampe numérique la maintient utile dans les contextes sensibles au coût ou éducatifs où la haute résolution est plus critique que le débit maximal.