Passez au numérique avec ce convertisseur analogique numérique

Le monde dans lequel nous vivons est essentiellement analogique et est perçu grâce à des signaux analogiques notamment le son, les ondes visuelles qui ne peuvent être traités que par des systèmes analogiques. Cependant, depuis les années 2000, le traitement numérique des données prend le pas sur les données analogiques. Le signal analogique présente des limites. Pour y remédier, il faut passer au numérique en optant pour un convertisseur analogique numérique. Dans la suite de cet article, vous aurez plus de détails sur le sujet.

Qu’est-ce que la conversion analogique-numérique (CAN) ?

La conversion analogique-numérique en abrégé anglais ADC est un processus électronique où un signal variable en continu ou analogique, est converti en un signal numérique à plusieurs niveaux sans pour autant modifier l’essentiel de son contenu.

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Un convertisseur analogique-numérique permet de transformer un signal analogique continu en termes de temps et d’amplitude en un signal numérique discret en termes de temps et d’amplitude. L’entrée analogique d’un convertisseur consiste en une tension variable au sein d’un nombre illimité de valeurs.

Pourquoi la numérisation est-elle capitale ?

Tout d’abord, les signaux numériques se diffusent plus rapidement que les signaux analogiques. La principale raison est que les impulsions numériques sont bien définies et disposées selon un ordre. De plus, les signaux numériques sont plus faciles à distinguer pour les circuits électroniques du bruit. C’est l’avantage numéro 1 des modes de communication numériques.

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Les ordinateurs « parlent » et « pensent » dans le langage de données numériques binaires. Pour qu’un microprocesseur puisse analyser des données analogiques, elles doivent être converties sous forme numérique pour permettre à l’ordinateur d’en avoir une compréhension.

Dans un système de traitement de signal numérique, un convertisseur analogique-numérique est d’une grande nécessité lorsque le signal entrant est analogique.

Qu’est-ce que le théorème de Nyquist ?

Encore appelé théorème d’échantillonnage, le théorème de Nyquist est un théorème qui décrit la conversion analogique-numérique. Grâce à lui, on peut reproduire une mesure d’onde sinusoïdale pure (ou une fréquence d’échantillonnage).

La manière dont les gens vivent dans le monde est essentiellement analogique. Les ondes sonores et lumineuses en sont une preuve palpable. Pour permettre l’utilisation de ces signaux en informatique, une conversion en signaux numériques s’impose. Néanmoins, il faut noter que l’électronique numérique fonctionne en nombres discrets. Pour la conversion d’un signal analogique en un signal numérique, il est requis que les mesures soient échantillonnées à une fréquence régulière. Le taux d’échantillonnage doit équivaloir au minimum au double de sa fréquence. Cette approche est utilisée dans l’audio et la vidéo numériques dans l’optique de réduire la production d’une fausse fréquence.

En fait, un taux d’échantillonnage trop bas ne favorisera pas une représentation précise du signal d’origine ; il sera déformé ou aura un crénelage au cours de sa reproduction. De même, un débit trop élevé utilisera plus de ressources de stockage et de traitement qu’il n’en faut.

Le théorème de Nyquist permet donc de détecter le point où la bonne quantité d’informations est collectée.

Quelle est l’importance de la conversion analogique-numérique ?

L’ADC a joué un grand rôle dans le développement de la technologie moderne. En effet, il a favorisé l’émergence des systèmes de communication vocale du traitement de signal analogique à l’ancienne vers les systèmes actuels de voix sur IP, ou VoIP.  Des années 1950 aux années 1970, les systèmes téléphoniques n’avaient pas la possibilité d’échanger directement avec les ordinateurs.

Pour que les périphériques d’entrée informatiques, à savoir les téléimprimeurs communiquent avec les systèmes informatiques, il fallait qu’ils soient connectés à un modem lié à l’extrémité avant d’un système informatique notamment un ordinateur central.  Les vitesses de transmission des modems étaient d’une lenteur hors norme comparativement aux réseaux à très haut débit dont on dispose aujourd’hui.  Un modem rapide dans les années 1960 et 1970 procurait à peine 2 400 bits par seconde de débit aux ordinateurs.  Par contre, les systèmes actuels fonctionnent à des vitesses de croisière.

Aujourd’hui, la technologie ADC est devenue un facteur clé du développement de systèmes d’autocommutateurs privés numériques, ou PBX et ceux des systèmes pour des applications de bureau plus réduites.

Les différents types de convertisseurs analogique-numérique disponibles sur le marché

Il existe différents types de convertisseurs analogique-numérique disponibles sur le marché. L’un des plus couramment utilisés est le convertisseur ADC à rampe. Ce type de convertisseur utilise une tension constante pour charger un condensateur, qui se décharge ensuite dans un temps variable en fonction du signal d’entrée. La valeur numérique correspondant à la tension d’entrée est calculée en mesurant le temps nécessaire pour que le condensateur se décharge complètement.

Un autre type populaire de convertisseur ADC est celui qui utilise une approximation successive. Dans ce cas, l’ADC effectue plusieurs comparaisons entre la tension d’entrée et une série de tensions référencées internement afin de déterminer la valeur numérique correspondante.

Les technologies Sigma-Delta sont aussi très répandues pour les applications audio haute résolution car elles offrent une excellente précision et une faible distorsion. Les ADC basés sur cette technologie travaillent en augmentant progressivement la fréquence d’échantillonnage tout en diminuant simultanément la résolution quantitative des échantillons pris.

On trouve aussi les ADC parallèles ou flashs qui ont été développés spécifiquement pour avoir un temps de conversion extrêmement court mais nécessitant cependant beaucoup plus de composants électroniques complexes que les autres types d’ADC, avec notamment 2^n -1 amplificateurs opérationnels nécessaires si l’on souhaite obtenir n bits.

Comment bien choisir son convertisseur analogique-numérique en fonction de ses besoins

Maintenant que vous avez compris l’importance des convertisseurs analogique-numérique et leurs différents types, vous pouvez choisir celui qui convient le mieux à vos besoins. Voici quelques critères à prendre en compte lors de votre choix.

La résolution est un paramètre important car elle détermine la précision du signal numérisé. Plus la résolution est élevée, plus le signal sera précis, mais cela se traduira aussi par une augmentation de la taille des fichiers générés.

Le taux d’échantillonnage est aussi un facteur crucial pour les applications audio ou vidéo car il définit le nombre de points pris dans une période donnée pour reproduire le signal continu. Pour obtenir une reproduction fidèle du son ou de l’image originale, il faut donc s’assurer que ce taux soit suffisamment élevé.

La plage dynamique constitue aussi un élément clé car elle correspond à l’amplitude maximale du signal qu’un ADC peut mesurer sans saturation ni distorsion. Selon vos besoins et sources analogiques, il faudra penser à choisir une plage dynamique adaptée pour avoir une conversion optimale.

Les interfaces de sorties telles que USB ou SPI doivent être considérées en fonction des équipements avec lesquels vous souhaitez connecter votre convertisseur au sein d’un système plus complexe. Il faudra réfléchir aux exigences techniques nécessaires pour ces connexions afin d’être sûr que tout fonctionne correctement ensemble.

Donc, trouver le budget optimal pour un convertisseur analogique-numérique qui répond à vos exigences techniques est une décision importante et nécessite d’être bien informé sur les différents choix disponibles.