Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L'électronique numérique, plus stable et avec de plus larges possibilités, est beaucoup plus utilisée que l'analogique. Cet article étudie les systèmes de conversion de données de l'analogique vers le numérique et vice versa. Il décrit les systèmes existants, en acquisition, génération et conversion de données. Et il détaille les principes utilisés pour l'échantillonnage, la quantification, le blocage et également le codage des données.
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Claude PRÉVOT : Responsable des produits de conversions analogique-numérique et numérique-analogique à Thales Research & Technology France
INTRODUCTION
L’électronique a envahi tous les domaines, grand public et professionnel, grâce à son faible coût et à son adaptabilité.
Les fonctions qu’elle assure sont réalisées presque exclusivement avec de l’électronique numérique plutôt qu’analogique.
Ce choix est souvent justifié par des avantages bien connus du numérique tels qu’une grande stabilité des paramètres, une excellente reproductibilité des résultats et des fonctionnalités accrues.
Pour la plupart des applications il existe maintenant des solutions faciles et très peu coûteuses pour numériser.
On peut ainsi bénéficier des progrès spectaculaires dans le domaine du numérique en termes de coût, de possibilités et d’adaptabilité et ce, pour une consommation toujours réduite. Cela permet le développement d’un nombre de plus en plus grand d’applications parmi lesquelles les applications portables.
Les principaux éléments de ces fonctions sont :
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Une interface avec le monde analogique : analogique ® numérique (A ® N) et numérique ® analogique (N ® A). Dans la plupart des cas, à l’échelle macroscopique, le monde extérieur est analogique. Des convertisseurs analogique- numérique (CAN) et des convertisseurs numérique-analogique (CNA) sont chargés d’assurer l’interface entre le monde extérieur et le cœur numérique du matériel. Les CAN et CNA se retrouvent la plupart du temps comme briques de base d’un système d’acquisition de données et ou d’un système de conversion numérique-analogique.
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Les vitesses de traitements et de communication nécessaires sont maintenant disponibles à un coût et une consommation électrique qui permettent de les utiliser partout. On peut rappeler que, sur la décennie 1980, le prix et la consommation du bit mémoire ont décrû d’un facteur 100 environ et que la décennie 1990 a vu la même décroissance. Les experts prévoient encore une évolution semblable sur la décennie 2000-2010.
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De plus, l’intégration silicium et les boîtiers de plus en plus petits permettent de remplacer des cartes entières par un seul circuit qui peut alors s’intégrer dans tout type d’application.
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La communication est maintenant presque entièrement assurée par des interfaces numériques, ce qui permet d’interconnecter toute une série d’appareils à des coûts très faibles et sans perte d’information.
Nota :Cet article sur les conversions analogique-numérique et numérique-analogique se compose de trois parties :
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[E 370] : Principes ;
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Conversions analogique-numérique et numérique-analogique (partie 2) : Description technique et architectures ;
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Conversions analogique-numérique et numérique-analogique (partie 3) : Marché, technologie et applications.
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Codes utilisés3. Principes utilisés en conversion de données
3.1 Présentation
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La conversion analogique-numérique a un double effet par rapport au signal analogique initial :
• Celui de le quantifier (*) en amplitude, c’est-à-dire de remplacer un signal continu en amplitude par une suite de valeurs discrètes.
Nota :Quantifier : une grandeur quantifiée ne peut varier que de façon discontinue, en général par pas multiples d’une grandeur élémentaire.
• Celui de l’échantillonner (*) en temps, c’est-à-dire de remplacer un signal continu en temps par une suite de valeurs prélevées à des instants discrets.
Nota :Échantillonner : action de prélever, en général à des instants régulièrement espacés dans le temps, un échantillon. [Échantillon : petite quantité d’une marchandise qui donne une idée de sa valeur].
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La conversion numérique-analogique a les effets réciproques ; lorsque l’on prend aussi en compte la troncation du nombre réel (représentant la valeur analogique souhaitée) vers les N bits du convertisseur NA, elle fournit à des instants donnés des valeurs d’amplitude quantifiée.
Il est fondamental de noter ces deux discrétisations sur l’échelle du temps et sur celle des amplitudes. Ces deux discrétisations, en temps et amplitude, entraînent une perte d’information.
De plus, les outils conceptuels et les méthodes de mesures sont différents dans les deux domaines continu et discret.
Exemplecodeur 3 bits (codes de 0 à 7) dont l’échelle d’entrée est de 0 à 2 V soit un pas de 0,250 V. Considérons un signal sinusoïdal d’amplitude crête 0,787 entre 0,125 et 1,699 (pour voir un cas quelconque).
Sur la figure 4a, on peut voir la discrétisation du signal en temps, en amplitude ainsi qu’en temps et amplitude.
Le signal bloqué (figure 4b ) est celui qui est fourni, à l’intérieur du convertisseur AN, par l’échantillonneur-bloqueur, au convertisseur lui-même. Le signal bloqué et quantifié est celui qui est disponible en sortie du convertisseur.
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