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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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Principes utilisés en conversion de données
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2. Systèmes de conversion de données
Les convertisseurs sont entrés massivement dans le domaine de l’électronique grand public au cours de la dernière décennie 1990-2000 tirés par l’évolution des besoins en audio, télévision numérique, diffusion numérique, Internet (modem), téléphonie portable... communication, calcul. Les conditions nécessaires à ces développements ont été, et sont encore, le faible coût et la capacité (vitesse de traitement) pour assurer des services qui étaient du strict domaine de l’analogique il y a 15 ans. Ils ont été rendus possibles par les progrès constants de l’intégration, qui permettent, pour des coûts toujours plus faibles, des vitesses de calcul et des tailles mémoire grâce auxquelles il est maintenant possible de traiter en temps réel les données acquises. L’évolution de ces grandeurs suit la loi de Moore en doublant tous les 18 mois, soit environ un facteur 100 en 10 ans. Cette progression devrait encore se poursuivre dans la décennie 2000-2010 : les progrès de vitesse, de diminution de consommation et de prix seront donnés par les technologies de gravure plus fine, par l’isolation sur silicium (CMOS SOI), par les interconnections multicouches en cuivre et aussi, pour certaines applications, par l’utilisation de matériaux plus rapides tels que le SiGe.
Les progrès en traitement de signal numérique en sont aussi, pour les domaines sous-jacents de la compression de données, générateurs d’économie de bande passante et d’adaptabilité des services.
2.1 Système d’acquisition de données analogique-numérique
À l’entrée du système (figure 1) se présente généralement un paramètre physique tel qu’une pression, une température, une onde radiofréquence, une image à numériser, etc.
Un transducteur transforme cette grandeur physique en un signal électrique qui lui est proportionnel. Le niveau de ce signal étant souvent très bas (quelques millivolts, voire quelques microvolts), le système qui suit filtre et amplifie ce signal et réalise en outre assez souvent une adaptation simple (passage d’une forte à une basse impédance, transformation courant-tension...) ou complexe (démodulation, premier filtrage...).
Avant et après l’amplificateur, on trouve généralement un ou plusieurs filtres (souvent un filtre passe-bas) dont...
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