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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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Systèmes de conversion de données
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1. Glossaire
ADC : Analog Digital Converter. CAN : Convertisseur analogique-numérique
DAC : Digital Analog Converter. CNA : Convertisseur numérique-analogique
Absolute Accuracy (précision absolue) : erreur d’un convertisseur de données entre l’entrée et la sortie dans le cas le plus défavorable et référencée à une tension de un volt.
Accuracy (précision) : différence entre valeur mesurée et valeur vraie ; erreur maximale d’un convertisseur de données par rapport à la valeur vraie (cf. précision absolue et précision relative ).
Acquisition Time (temps d’acquisition) : pour un échantillonneur-bloqueur, temps nécessaire pour modifier la charge du condensateur de maintien d’une valeur égale à la tension pleine échelle, de telle sorte que l’erreur se maintienne ensuite en-deçà d’une bande d’erreur spécifiée.
Aperture Jitter Uncertainty (erreur sur l’instant d’échantillonnage) : représente une fluctuation aléatoire de l’instant d’échantillonnage due aux erreurs de stabilité du générateur d’horloge interne au CAN. L’erreur en amplitude due à l’incertitude au point d’ouverture dépend de la pente du signal d’entrée au point d’échantillonnage.
Binary Coded Decimal (BCD) (décimal codé binaire) : code binaire utilisé pour représenter des nombres décimaux, tel que chaque chiffre de 0 à 9 est représenté par 4 bits de poids 8 ; 4 ; 2 ; 1. Seuls 10 des 16 états possibles sont utilisés (en télécommunication, on utilise parfois d’autres longueurs de mots).
Bipolar Mode (mode bipolaire) : mode pour un convertisseur de données, lorsque la gamme du signal analogique comprend à la fois des valeurs positives et des valeurs négatives.
Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) (rapport de réjection du mode commun) : pour un amplificateur, rapport entre le gain en tension différentielle et le gain en tension de mode commun, généralement exprimé en décibels : CMRR (dB) = 20 lg (A 0 /A CM) avec A 0 gain en tension différentielle, A CM gain en tension de mode commun.
Conversion Time (temps de conversion) : pour un convertisseur AN, temps nécessaire pour effectuer une conversion...
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