convertisseurs analogique / numérique

: CONVERTISSEURS ANALOGIQUE / NUMÉRIQUE
Le but de cette leçon est de montrer quelques principes et problèmes de la conversion
analogique / numérique.
Dans cette leçon, on introduit le concept de convertisseur analogique / numérique, une
discussion sur la nature des signaux électroniques, ainsi que le théorème d'échantillonnage de
Shannon. Ce dernier permet ce cerner une limitation physique à la rapidité d'échantillonnage
des signaux analogiques. On passe en revue les principaux types de convertisseurs, en
discutant leurs performances. Le chapitre 9 de l'ouvrage "Théorie et traitement de signaux",
[3] est consacré à la question de l'échantillonnage de signaux électriques.
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PLAN DE LA LEÇON XVI
I CONVERSION N/A ET SIGNAUX ELECTRIQUES
1.1. Le convertisseur Analogique/Numérique (CAN)
1.2. Classification morphologique des signaux
1.3.Remarque scientifique: electricité et physique
II ECHANTILLONAGES SIGNAUX
III PRINCIPE DE CONVERSION
3.1. Convertisseurs à intégration analogique
3.2. Convertisseurs à intégration numérique
3.3. Convertisseurs à approximations successives
3.4. Convertisseurs Flash
IV RELATION PRATIQUE DES CONVERTISSEURS
4.1. Caractéristiques générales des convertisseurs A/N
4.2. Exemple de convertisseur A/N : le ADC 0800
V EXERCICES ET CORRIGES
Exercice 5.1
Exercice 5.2: Application du théorème de Shannon
Exercice 5.3: Analyse du convertisseur simple rampe
Exercice 5.4: Analyse du convertisseur à intégration
numérique
Exercice 5.5: Analyse du tracking converter
Exercice 5.6: Analyse du convertisseur à approximations
successives
Exercice 5.7: Analyse du convertisseur flash
Exercice 5.8: Fiche technique de l'ADC 0800

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1. CONVERSION A/N ET SIGNAUX ÉLECTRIQUES
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1.1. Le convertisseur Analogique/Numérique (CAN)
* On dispose d'un signal analogique, dont on voudrait convertir la valeur en un mot
numérique, codé en binaire :
* Dans le cas d'un convertisseur dit ratiométrique, le mot binaire en sortie est proportionnel au
rapport de la tension d'entrée à une tension de référence :
Si le convertisseur n'est pas spécifié ratiométrique, la tension de référence doit être fixe.
1.2. Classification morphologique des signaux
Nous présentons ici une classification morphologique de signaux, selon qu'ils sont continus
ou discrets, dans un temps continu ou discret.
Classification morphologique des signaux :

- Le signal analogique peut typiquement sortir d'un amplificateur opérationnel : il évolue
dans sa gamme de tension et dans un temps continu.
- Le signal numérique est typiquement ce qui se propage dans les systèmes informatiques, où
l'information est codée dans un temps discret.
- Un signal quantifié évolue dans un temps continu, mais ne peut prendre que des valeurs de
tension quantifiées.
Typiquement, c'est le signal qu'on trouve à la sortie d'un convertisseur numérique /
analogique.

- Un signal échantillonné correspond à la discrétisation du temps appliquée à un signal
analogique.
L'échantillonnage d'un signal analogique est souvent une étape de la conversion analogique /
numérique.
L'échantillonneur-bloqueur le plus simple est constitué d'un interrupteur de qualité et d'un
condensateur se chargeant à la tension voulue.
1.3. Remarque scientifique : électricité et physique
Remarquons que les distinctions présentées précédemment concernant la nature des signaux
électroniques sont des outils techniques, permettant d'indiquer où se trouve l'information que
l'on véhicule. Du point de vue de la physique classique, tous ces signaux électriques sont
analogiques. Mais que sont ces signaux dans les cadres des autres physiques ? Ici, nous nous
contenterons d'une remarque générale sous forme d'un micro-panorama pouvant peut-être
servir à l'étudiant physicien à situer l'ingénierie électronique
* Nous avons dérivé le modèle de Kirchhoff de l'électromagnétisme. Ce modèle relève donc
de la physique classique, cet état de fait s'est illustré avec le bon fonctionnement de l'analogie
électromécanique. Le modèle de Kirchhoff se situe donc dans une approche classique
objectiviste, c'est à dire observant des faits, sans interaction avec un observateur :
* Or on le sait, en physique dite moderne, l'observateur interfère avec le système observé.
Les problèmes de semi-conducteurs et d'optique utilisent généralement la physique quantique.

Les relations d'incertitude, la non-commutativité des observables expriment un état de relation
entre observateur et observé :
* Dans la nouvelle physique, le paradigme de la thermodynamique est enrichi par l'intégration
de la notion d' information :
On voit que, bien qu'amarrée à la physique classique par le modèle de Kirchhoff, l'ingénierie
électronique aborde ce qu'il y a de plus récent en physique : la théorie de l'information. Cette
information représente ce qu'on obtient d'un système en lui fournissant de l'énergie : de la
néguentropie pour l'observateur, de l'entropie pour l'observé. Cette question, de l'ordre du lien
entre physique et électricité actuelles est laissée à l'esprit de curiosité et de recherche du
lecteur. (Brillouin, Prigogine, ...)
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2. ÉCHANTILLONNAGE DE SIGNAUX
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Au chapitre 9 du traité d'électricité Vol 6 : traitement de signal il est traité la question de
l'échantillonnage de signaux. Du point de vue instrumental, nous devons simplement indiquer
ici que :
La cadence d'échantillonnage d'un signal doit être au moins deux fois plus élevée que la
plus haute fréquence contenue dans le signal à échantillonner.
Ce résultat est connu sous le nom de théorème de Shannon. Il signifie aussi bien sûr qu'un
signal doit voir son spectre limité pour pouvoir être échantillonné : il y a toujours un filtre
électronique devant un échantillonneur.