Convertisseur analogique-numérique
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Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN, ADC pour Analog to Digital Converter ) est un montage électronique dont la fonction est de générer à partir d'une valeur analogique, une valeur numérique (codée sur plusieurs bits), proportionnelle à la valeur analogique entrée. Le plus souvent il s'agira de tensions électriques.
Il existe plusieurs solutions pour convertir un signal analogique en signal numérique elles sont classées ici dans l'ordre de la moins rapide à la plus rapide.
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[modifier] Convertisseur à double rampe
Voir l’article Convertisseur analogique-numérique double rampe.
Cette évolution des convertisseurs à simple rampe permet de s'affranchir de la dérive naturelle des composants qui le compose. Son fonctionnement repose sur une comparaison entre une référence et le signal à convertir.
La conversion se déroule en 3 étapes :
- On charge une capacité avec un courant proportionnel au signal à convertir pendant un temps fixe (le temps du comptage complet du compteur);
- On décharge en suite la capacité, avec un courant constant issue de la tension de référence, jusqu'à annulation de la tension à ses bornes. Lorsque la tension devient nulle, la valeur du compteur est le résultat de la conversion;
- On annule enfin la tension aux bornes de la capacité par une série convergente de charges et de décharge (l'objectif étant de décharger totalement la capacité pour ne pas fausser la mesure suivante). On parle en général de phase de relaxation.
Ces convertisseurs sont particulièrement lents (quelques dizaine de milliseconde par cycle, et parfois quelques centaines), et très précis (plus de 16 bits). Ils dérivent peu (dans le temps, comme en température).
[modifier] Convertisseur à simple rampe
On réalise au moyen d'un compteur et d'un convertisseur numérique-analogique une rampe de tension. Un comparateur arrête le compteur lorsque la tension créée par le CNA atteint la tension à convertir. Le compteur indique alors le résultat sur N bits, qui peut être stocké ou traité.
Ces convertisseurs ont les mêmes performances en terme de stabilité que les convertisseurs à approximations successives, tout en étant nettement plus lent que ces derniers. De plus leur temps de conversion qui évolue avec la tension à convertir en fait un outil peu utilisé.
[modifier] Convertisseur à approximations successives
Très proche en terme de composition que les convertisseur à simple rampe, les convertisseurs à à approximations successives (aussi appelés pesées successives) utilisent un processus de dichotomie pour traduire numériquement une tension analogique.
Un séquenceur (généralement nommé SAR pour Successive Approximation Register), couplé à un CNA génère une tension analogique, qui est comparée au signal à convertir. Le résultat de cette comparaison est alors introduit dans le SAR, qui va le prendre en compte, pour la suite du processus de dichotomie, jusqu'à complétion.
Le convertisseur réalise donc sa conversion en positionnant en premier le bit de poids fort (MSB) et en descendant progressivement jusqu'au LSB.
Les convertisseurs à approximation successives ont des temps de conversion de l'ordre de la dizaine de microseconde, pour des précisions d'une douzaine de bits environ.
[modifier] Convertisseur flash
Le principe est de générer 
tensions analogiques au moyen d'un diviseur de tension à 
résistances. Les tensions obtenues aux bornes de chacunes des résistances est ensuite comparé dans comparateurs au signal à convertir. Un bloc logique combinatoire relié à ces comparateurs donnera le résultat codé sur 
bits en parallèle. Cette technique de conversion est très rapide, mais coûteuse en composants et donc utilisée pour les applications critiques comme la vidéo.
Les convertisseurs Flash ont des temps de conversion inférieurs à la microseconde mais une précision assez faible (de l'ordre de la dizaine de bits). Ce convertisseur est souvent très cher.
[modifier] Convertisseur Sigma Delta
Ce type de convertisseur est basé sur le principe du suréchantillonnage d'un signal d'entrée.
Un comparateur est en général utilisé pour convertir sur un bits (c'est-à-dire 0 ou 1) la différence (delta) entre le signal d'entrée et le résultat de la conversion (0 = plus petit, 1=plus grand).
Le résultat de la comparaison est alors entré dans un filtre (le décimateur), qui somme (sigma) les échantillons du signal d'entrée. Cela reviens à calculer l'intégrale de la différence entre l'entrée et la sortie.
Cela crée un système asservi (la sortie est rebouclée sur l'entrée) qui fait osciller la valeur de l'intégrale du signal à convertir autour d'une valeur de référence (le résultat de la conversion).
La sortie numérique du comparateur est sur 1 bit à haute fréquence (la fréquence d'échantillonnage), qui est filtrée par le décimateur qui augmente le nombre de bits en réduisant la pseudo fréquence d'échantillonnage. L'intérêt de ce genre de convertisseurs réside dans leur grande résolution de sortie possible (16, 24, 32, 64 bits voir plus) pour des signaux d'entrée avec une bande passante modérée.
Ces convertisseurs sont très adapté à la conversion de signaux analogiques issus de capteurs, dont la bande passante est souvent faible (par exemple les signaux audio). Les convertisseurs Sigma/Delta sont, par exemple, utilisé dans les lecteurs de CD.
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