1.1. Le convertisseur Analogique/Numérique (CAN)
1.2. Classification morphologique des signaux
1.3.Remarque scientifique: electricité et physique

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, ...)

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.

3.1. Convertisseurs à intégration analogique
3.2. Convertisseurs à intégration numérique
3.3. Convertisseurs à approximations successives
3.4. Convertisseurs Flash

3.1. Convertisseurs à intégration analogique
Principe de l'intégrateur à simple rampe :

La tension de référence est intégrée par l'amplificateur opérationnel, puis comparée à la tension à convertir. Le montage logique en aval compte le temps que met la sortie de l'intégrateur à rejoindre la tension d'entrée.

3.2. Convertisseurs à intégration numérique

Le compteur part de zéro, et compte jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur très proche de celle correspondant à la tension d'entrée.

Tracking converter :

Ici, le compteur ne doit pas compter tout le mot, comme auparavant. Il est capable de compter ou décompter pour atteindre sa valeur.

3.3. Convertisseurs à approximations successives

Le registre A est chargé sériellement par un "1", le mot est converti en analogique. Si la valeur numérique est toujours trop petite, il faut placer un "1", sinon il faut placer un "0" dans le registre B. Le contenu du registre B est transféré dans le registre A, puis le cycle recommence.

Extrait de la fiche technique du DAC 800 :

3.4.Convertisseurs flash
Convertisseur flash à 3 bits :

La tension à convertir est comparée à plusieurs seuils de référence. Le code obtenu est du type :

Le décodeur réalise une logique combinatoire pour transformer ce mot en binaire.

4.1. Caractéristiques générales des convertisseurs A/N
4.2. Exemple de convertisseur A/N : le ADC 0800

4.1. Caractéristiques générale des convertisseurs A / N
Les caractéristiques générales des convertisseurs analogique / numérique sont du même type que celles correspondant aux convertisseurs N / A. On peut donc se reporter à la leçon précédente. Nous avons vu néanmoins que le temps de la conversion analogique / numérique peut être plus ou moins important ; c'est donc un élément essentiel dans le choix du convertisseur.

4.2. Exemple de convertisseur A / N : le ADC 0800
Extrait de la fiche technique du convertisseur ADC 0800 de National Semiconductors :