La conversion analogique-numérique est un processus essentiel dans le domaine de l’électronique et de l’informatique. Elle permet de transformer des signaux analogiques en signaux numériques, afin de pouvoir les traiter et les stocker plus facilement. Mais comment cela fonctionne-t-il exactement ? Dans cet article, nous allons vous expliquer les différents circuits utilisés pour cette conversion et leur fonctionnement.
Qu’est-ce qu’un signal analogique ?
Avant de comprendre comment fonctionnent les circuits de conversion analogique-numérique, il est important de définir ce qu’est un signal analogique. Un signal analogique est un signal continu, c’est-à-dire qu’il peut prendre toutes les valeurs possibles à un moment donné. Il peut être représenté graphiquement par une courbe lisse et continue. Un exemple de signal analogique est le son, qui est une variation de pression dans l’air.
Qu’est-ce qu’un signal numérique ?
Un signal numérique est un signal discret, c’est-à-dire qu’il ne peut prendre que des valeurs définies. Il est représenté par une série de chiffres binaires (0 et 1) qui correspondent à des niveaux de tension. Un exemple de signal numérique est un fichier audio encodé en MP3. Les signaux numériques sont plus faciles à manipuler et à stocker que les signaux analogiques, d’où l’importance de la conversion analogique-numérique.
Les différentes étapes de la conversion analogique-numérique
La conversion analogique-numérique se déroule en plusieurs étapes. Tout d’abord, le signal analogique est échantillonné, c’est-à-dire qu’il est mesuré à intervalles réguliers. Ensuite, ces échantillons sont quantifiés, c’est-à-dire qu’ils sont arrondis à des valeurs discrètes. Enfin, le signal quantifié est encodé en binaire pour obtenir un signal numérique. Voyons en détail le fonctionnement de ces différentes étapes.
L’échantillonnage
L’échantillonnage consiste à mesurer le signal analogique à intervalles réguliers. Pour cela, on utilise un composant appelé échantillonneur. Celui-ci va lire la valeur du signal à des moments précis, appelés période d’échantillonnage. Plus la période d’échantillonnage est courte, plus la conversion sera précise. Cependant, elle nécessite également plus de ressources et de temps d’exécution.
Le résultat de l’échantillonnage est une série de valeurs numériques représentant le signal analogique à des moments précis. Ces valeurs sont appelées échantillons. Plus il y a d’échantillons, plus le signal sera précisément représenté. Cependant, cela implique également une augmentation de la quantité de données à traiter.
La quantification
Une fois que le signal a été échantillonné, il doit être quantifié. Cette étape consiste à arrondir chaque échantillon à une valeur discrète. Pour cela, on utilise un composant appelé quantificateur. Celui-ci va comparer la valeur de l’échantillon à une série de valeurs prédéfinies, appelées niveaux de quantification. La valeur de l’échantillon sera arrondie au niveau de quantification le plus proche.
Par exemple, si un échantillon a une valeur de 3,7 et que les niveaux de quantification sont 3, 4 et 5, il sera arrondi à 4. Plus il y a de niveaux de quantification, plus la conversion sera précise. Cependant, cela nécessite également plus de ressources et de temps d’exécution.
L’encodage binaire
Une fois que le signal a été échantillonné et quantifié, il doit être encodé en binaire pour obtenir un signal numérique. Pour cela, chaque échantillon est converti en une série de bits, c’est-à-dire de 0 et de 1. La quantité de bits utilisée pour chaque échantillon dépend de la résolution de la conversion, c’est-à-dire du nombre de niveaux de quantification.
Par exemple, si la résolution est de 8 bits, chaque échantillon sera converti en une série de 8 bits (par exemple, 01101011). Plus la résolution est élevée, plus le signal sera précisément représenté. Cependant, cela implique également une augmentation de la quantité de données à traiter.
Les différents circuits de conversion analogique-numérique
Il existe plusieurs types de circuits de conversion analogique-numérique, chacun ayant ses propres spécificités. Voici les trois principaux circuits utilisés :
Le convertisseur parallèle
Le convertisseur parallèle est le plus simple des circuits de conversion analogique-numérique. Il utilise un échantillonneur pour lire la valeur du signal et un convertisseur numérique-analogique (CNA) pour le convertir en binaire. Ce type de circuit est rapide et précis, mais nécessite un grand nombre de composants et de ressources.
Le convertisseur sériel
Le convertisseur sériel est plus complexe que le convertisseur parallèle. Il utilise un seul composant appelé convertisseur analogique-numérique (CAN) pour effectuer toutes les étapes de la conversion. Le signal est échantillonné et quantifié en même temps, puis encodé en binaire. Ce type de circuit est plus lent que le convertisseur parallèle, mais nécessite moins de composants et de ressources.
Le convertisseur à approximation successive (SAR)
Le convertisseur à approximation successive est le plus utilisé des circuits de conversion analogique-numérique. Il utilise un échantillonneur et un quantificateur pour obtenir une estimation de la valeur de l’échantillon. Puis, il utilise un processus d’approximation pour se rapprocher de la valeur réelle. Ce type de circuit est rapide et précis, et nécessite moins de composants et de ressources que le convertisseur parallèle.
Conclusion
En résumé, les circuits de conversion analogique-numérique sont essentiels pour transformer des signaux analogiques en signaux numériques. Ce processus se déroule en plusieurs étapes, à savoir l’échantillonnage, la quantification et l’encodage binaire. Il existe différents types de circuits de conversion, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. La résolution, c’est-à-dire le nombre de niveaux de quantification, ainsi que la période d’échantillonnage sont des éléments à prendre en compte pour obtenir une conversion précise et efficace.
En espérant que cet article vous ait permis de mieux comprendre le fonctionnement des circuits de conversion analogique-numérique. N’hésitez pas à explorer davantage ce sujet passionnant dans le domaine de l’électronique et de l’informatique.