Convertisseur analogique-numérique : fonctionnement, types, 7 applications

Contenu

· Convertisseur analogique-numérique (ADC)

· Principe de fonctionnement d'un convertisseur analogique-numérique

· Symbole électrique du convertisseur analogique-numérique

· Types de convertisseur analogique-numérique et explications

· Applications du convertisseur analogique-numérique

· Test d'un convertisseur analogique-numérique

· Un IC ADC

Définition et aperçu du convertisseur analogique-numérique

Un convertisseur analogique-numérique est un appareil électronique. Comme son nom le prédit, le signal analogique fourni est converti en un signal numérique qui est produit en sortie. Les signaux analogiques tels que la voix enregistrée par un microphone peuvent être convertis en un signal numérique à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique. 

Un convertisseur analogique-numérique est également connu sous le nom de convertisseur ADC et A vers N, etc.

Fonctionnement d'un convertisseur analogique-numérique

Un signal analogique est défini comme le signal continu dans le temps et d'amplitude continue. Dans le même temps, un signal numérique est défini comme le signal à temps discret et à amplitude discrète. Un signal analogique est converti en un signal numérique à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique. le la transformation comporte plusieurs étapes, comme l'échantillonnage, la quantification et autres. Le processus n'est pas continu ; au lieu de cela, il est périodique et limite la bande passante autorisée du signal d'entrée.

Un convertisseur analogique-numérique fonctionne sur la base du Nyquist-Shannon Théorème d'échantillonnage. Il stipule que - un signal d'entrée peut être récupéré à partir de sa sortie échantillonnée si le taux d'échantillonnage est deux fois supérieur ou égal à la composante de fréquence la plus élevée présente dans le signal d'entrée.

Il existe plusieurs paramètres pour mesurer les performances d'un convertisseur analogique-numérique. La bande passante du signal de sortie, le rapport signal sur bruit sont quelques-uns des paramètres.

Symbole électrique d'un ADC

Le symbole ci-dessous représente un convertisseur analogique-numérique (ADC).

Types de convertisseurs analogique-numérique

La conversion des signaux analogiques d'entrée en signaux numériques peut être réalisée par différents procédés. Discutons de certains des types en détail -

A. Flash CAN

Flash ADC est connu sous le nom de convertisseur analogique-numérique de type à conversion directe. C'est l'un des types de convertisseurs analogique-numérique les plus rapides. Il comprend une série de comparateurs avec les bornes inverseuses connectées à une échelle de diviseur de tension et les bornes non inverseuses connectées au signal d'entrée analogique.

Comme le montre le circuit, une échelle de résistances bien adaptées est connectée à une tension de référence ou de seuil. Un comparateur est utilisé à chaque prise de l'échelle des résistances. Ensuite, il y a une étape d'amplification, et après cela, le code est généré sous forme de valeurs binaires (0 et 1). Un amplificateur est également utilisé. L'amplificateur amplifie la différence de tension des comparateurs et supprime également le décalage du comparateur.

Si la tension mesurée est supérieure à la tension de seuil, la sortie binaire sera alors un, et si la tension mesurée est inférieure au travail binaire sera 0.

Les ADC récemment améliorés sont modifiés avec des systèmes de correction d'erreurs numériques, des étalonnages de décalage, et ils sont également de plus petite taille. Les ADC sont désormais disponibles dans les circuits intégrés (IC).

Ce type de convertisseurs analogique-numérique a une fréquence d'échantillonnage élevée. Ainsi, il trouve des applications dans les appareils à haute fréquence. Détection à l'aide de radars, de radios à large bande, de divers équipements de test en sont quelques-uns. La mémoire flash NAND utilise également des convertisseurs analogique-numérique de type flash pour stocker jusqu'à 3 bits dans une cellule.

Les ADC de type Flash sont les plus rapides en termes de vitesse de fonctionnement, simples dans les circuits, et la conversion coïncide au lieu d'être séquentielle. Cependant, ceux-ci nécessitent un nombre considérable de comparaisons par rapport aux différents types d'ADC.

Type d’approximation successive ADC

Le type à approximations successives ADC est un autre type de convertisseur analogique-numérique qui utilise la recherche binaire à travers les niveaux de quantification avant la conversion dans le domaine numérique.

L'ensemble du processus est divisé en différents sous-processus. Il y a un circuit ample et de maintien, qui prend l'entrée analogique, Vin. Ensuite il y a un comparateur qui compare la tension analogique d'entrée avec le convertisseur numérique-analogique interne. Il existe également un registre d'approximations successives (SAR), qui prend en entrée une impulsion d'horloge et des données de comparateur.

Le SAR est principalement initialisé pour que le MSB (bit le plus significatif) soit logique haut ou 1. Ce code est fourni au convertisseur numérique-analogique, qui fournit en outre l'équivalent analogique du circuit comparateur par rapport au signal d'entrée analogique échantillonné. Si la tension est supérieure à la tension d'entrée, le comparateur réinitialise le bit. Sinon, le bit est laissé tel quel. Après cela, le bit suivant est défini sur un bit numérique et l'ensemble du processus est à nouveau effectué jusqu'à ce que chaque bit du registre d'approximations successives soit testé. La sortie finale est la version numérique du signal d'entrée analogique.

Il existe deux types de convertisseurs analogique-numérique à approximations successives. Ils sont - Type de compteur et type de suivi Servo.

Ces types d'ADC donnent les résultats les plus précis que les autres types d'ADC.

C.Intégration de type ADC

Comme son nom l'indique, ce type d'ADC convertit le signal analogique d'entrée à temps continu et à amplitude continue en un signal numérique à l'aide d'un intégrateur (un intégrateur) pour appliquer un Amplificateur opérationnel qui prend un signal d'entrée habituel et donne un signal de sortie intégré dans le temps).

Une tension d'entrée analogique non identifiée est appliquée à la borne d'entrée et autorisée à augmenter pendant une certaine période, appelée période de démarrage. Une tension de référence prédéterminée de polarité opposée est ensuite appliquée au circuit intégrateur. Cela est également autorisé à augmenter jusqu'à ce que et à moins que l'intégrateur ne donne la sortie à zéro. Cette période est connue comme la période de délabrement.

Le temps d'arrêt est généralement mesuré en unités de l'horloge de l'ADC. Ainsi, un temps d'intégration plus long se traduit par une résolution plus élevée. La vitesse de ce type de convertisseur peut être améliorée en faisant des compromis avec la solution.

La vitesse et la résolution étant inversement proportionnelles, ce type de convertisseurs ne trouve pas d'applications de traitement numérique du signal ou de traitement audio. De préférence, ils sont utilisés dans les compteurs de mesure numériques (ampèremètres, voltmètres, etc.) et autres instruments où une grande précision est cruciale.

Ce type de convertisseur analogique-numérique est de deux types: convertisseur analogique-numérique à équilibrage de charge et convertisseur analogique-numérique double pente.

D.Wilkinson ADC

- DH Wilkinson a conçu ce type de convertisseur analogique-numérique pour la première fois en 1950.

Au début, le condensateur se charge. Un comparateur vérifie cette condition. Après avoir atteint ce niveau spécifié, le condensateur commence à se décharger de manière linéaire, produisant un signal de rampe. Une impulsion de porte est également lancée entre-temps. L'impulsion de grille reste allumée le reste du temps pendant que le condensateur se décharge. Cette impulsion de porte actionne en outre une porte linéaire qui reçoit en outre l'entrée d'une horloge d'oscillateur de haute fréquence. Maintenant, lorsque l'impulsion de porte est ON, plusieurs impulsions d'horloge sont comptées par le registre d'adresse.

E. Convertisseur analogique-numérique Time Stretch (TS - ADC):

Ce type de convertisseur analogique-numérique fonctionne sur une technologie combinée d'électronique et d'autres technologies.

Il peut numériser un signal à bande passante très élevée qui ne peut pas être fait en utilisant un ADC ordinaire. Ceci est souvent appelé «numériseur photonique d'étirement temporel».

Il est non seulement analogique-numérique, mais également utilisé pour les équipements en temps réel à haut débit tels que l'imagerie et la spectroscopie.

Il existe plusieurs autres types d'autres convertisseurs analogique-numérique.

• L'ADC codé Delta
• L'ADC pipeliné,
• L'ADC Sigma-delta,
• Les ADC entrelacés dans le temps, etc.

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Applications de l'ADC

Le convertisseur analogique-numérique est l'un des appareils électroniques les plus importants de cette ère moderne. C'est une ère de numérisation, mais notre monde est analogique en temps réel. La conversion des données analogiques dans le domaine numérique est la nécessité de cette heure. C'est pourquoi ils sont si importants. Certaines des applications importantes d'un ADC sont - 

A. Traitement numérique du signal

– Les convertisseurs analogique-numérique sont essentiels pour l'édition, la modification, le traitement, le stockage et le transport des données du domaine analogique au domaine numérique. Les microcontrôleurs, les oscilloscopes numériques et les logiciels critiques trouvent des applications dans ce domaine. Des appareils comme oscilloscopes numériques peut stocker des formes d'onde pour une utilisation ultérieure, alors qu'un oscilloscope analogique ne le peut pas.

B. Microcontrôleurs

- Les microcontrôleurs rendent un appareil intelligent. À l'heure actuelle, presque tous les microcontrôleurs sont équipés de convertisseurs analogique-numérique. L'exemple le plus courant peut être l'Arduino. (Il est construit sur un microcontrôleur ATMega328p) L'Arduino fournit une fonction utile de «analogRead ()», qui prend les signaux d'entrée analogiques et renvoie les données numériques générées par l'ADC.

C. Instruments scientifiques

- Les ADC sont utiles pour fabriquer divers instruments et systèmes électroniques nécessaires. L'imagerie numérique pour la numérisation des pixels, les technologies radar et de nombreux systèmes de télédétection en est un exemple. Les appareils tels que les capteurs produisent un signal analogique pour mesurer la température, l'intensité lumineuse, la sensibilité à la lumière, l'humidité de l'air, la pression atmosphérique, le pH d'une solution, etc. Toutes ces entrées analogiques sont converties par ADC pour générer une sortie numérique proportionnée.

Traitement audio:

-ADC a une application vitale dans le domaine du traitement audio. La numérisation de la musique améliore la qualité de la musique. Les voix analogiques sont enregistrées via des microphones. Ensuite, ils sont stockés sur des plateformes numériques à l'aide d'un ADC. De nombreux studios d'enregistrement enregistrent de nombreux morceaux dans PCM ou DSD, puis sous-échantillonnés pour les productions audio numériques. Ils sont utilisés pour la diffusion sur les télévisions et les radios.

Test d'un convertisseur analogique-numérique

Pour tester un convertisseur analogique-numérique, tout d'abord, nous avons besoin d'une source de tension d'entrée analogique et d'un équipement électronique pour envoyer et contrôler les signaux et recevoir les données de sortie numériques. Certains ADC nécessitent également une source de signaux de référence. Il existe quelques paramètres pour tester un ADC.

Certains d'entre eux sont -

• Rapport signal / bruit (SNR),
• Distorsion harmonique totale (THD),
• Non-linéarité intégrale (INL),
• Erreur de décalage CC,
• Erreur de gain CC,
• Dissipation de puissance, etc.

CI CAN

Les ADC sont disponibles dans le commerce sous forme de circuits intégrés sur le marché. Certains des CI ADC couramment utilisés sont ADC0808, ADC0804, MPC3008, etc. Ils trouvent des applications dans des appareils comme Rasberry pi et d'autres processeurs ou électronique numérique circuits où un ADC est nécessaire.

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