Qu'est-ce qu'un convertisseur de données ?

Il existe deux types de convertisseurs de données, tels qu'expliqués en détail dans ce document. En termes généraux, un convertisseur de données est un dispositif qui convertit des signaux analogiques en données numériques ou réciproquement. Les systèmes qui convertissent des signaux analogiques et données numériques sont aussi appelés convertisseurs AN ou CAN. Les systèmes qui convertissent des données numériques en signaux analogiques sont aussi appelés convertisseurs NA ou CNA.

Différenciés par leur architecture, les convertisseurs de données sont utilisés dans une grande variété d'applications.

 

Quelles sont les applications des convertisseurs de données ?

Les systèmes CAN et CNA ont chacun leurs propres applications, et sont des technologies indispensables à notre époque numérique. Ils jouent un rôle essentiel dans un grand nombre de produits qui font partie de notre confort et de nos divertissements quotidiens. Ils jouent aussi un rôle important dans divers domaines scientifiques, les télécommunications et autres applications.

Les convertisseurs numériques-analogiques sont principalement utilisés pour des applications audio et vidéo. Ils sont aussi utilisés par des applications mécaniques, mais leurs applications audiovisuelles démontrent ce que ces systèmes peuvent faire, ainsi que les avantages apportés par la conversion des signaux analogiques en données numériques.

Dans les lecteurs audio qui utilisent des supports numériques (représentant la majorité du marché actuel), les convertisseurs numériques-analogiques permettent d'entendre la musique. Le stockage de la musique dans un format numérique est rendu possible par la technologie des convertisseurs analogiques-numériques. Le convertisseur reçoit les données numériques (des séries de 0 et de 1) et les convertit en signaux analogiques, c'est-à-dire en une tension électrique variable injectée dans les haut-parleurs, qui reproduisent le son.

Ces convertisseurs jouent aussi un rôle important dans la technologie Voix sur IP. La technologie Voix sur IP capture des données analogiques, tel que le son d'une voix reproduite par un haut-parleur, les échantillonne et les convertit en données numériques. Les données numériques sont transmises sur la connexion filaire. Pour qu'un auditeur puisse entendre cette voix, elle est décodée par un convertisseur NA, pour reproduire la voix sur la connexion filaire.

La technologie CNA est aussi utilisée dans le domaine vidéo, même si ce niveau d'utilisation est moins important que dans le passé. Actuellement, la plupart des moniteurs sont dotées d'entrées numériques, qui éliminent la nécessité de convertir les données numériques en signaux analogiques. Si un moniteur est doté d'entrées analogiques, un convertisseur AN est nécessaire pour convertir les informations.

Les convertisseurs AN servent à inverser le processus décrit ci-dessus, mais sont aussi employés dans de nombreuses autres applications. Pour des applications musicales, les systèmes AN servent aussi à réaliser les enregistrements. Pour encoder de la musique sur un CD ou un autre format numérique, le signal audio doit être échantillonné et converti en données numériques qui seront encodées dans le format final requis. Le convertisseur analogique-numérique prend en charge cette opération.

Dans le domaine des CAN, les fréquences d'échantillonnage sont des spécifications cruciales. La fréquence d'échantillonnage détermine la précision avec laquelle le CAN peut convertir le signal analogique en données numériques. Plus la fréquence d'échantillonnage est élevée, plus la qualité de la conversion est élevée.

Les CAN traitent les données avec une extrême rapidité, ce qui est essentiel pour certaines applications de traitement des données. Des instruments scientifiques, tels que les oscilloscopes et les microcontrôleurs, intègrent normalement de tels dispositifs de conversion. Ils sont aussi utilisés dans des applications où un signal de radio ou de télédiffusion, est converti en données numériques, par exemple dans des logiciels ou des cartes de tuners de téléviseurs.

La technologie CAN est aussi largement intégrée dans divers types d'instruments scientifiques. Ils servent à traiter des signaux dans certains systèmes radar. Ils servent aussi à quantifier les informations enregistrées sous forme analogique, tels que niveaux d'éclairage, températures, caractéristiques électriques et autres données. Sur la base de ces informations, des capteurs génèrent des valeurs analogiques, qui seront converties en données numériques, pour être lues par l'opérateur sur un écran. Ces dispositifs incluent couramment un amplificateur de signaux analogiques.

 

Quelle est la différence entre un convertisseur numérique-analogique et un convertisseur analogique-numérique ?

Ils se différencient évidemment par leur rôle de conversion inverse, numérique-analogique et analogique-numérique. Mais dans la pratique, les différences qui les séparent sont plus importantes que cela.

Un convertisseur numérique-analogique exploite des données qui sont intégralement déterminées et connues. Elles sont représentées par des séries de 1 et de zéros, et tous les paramètres sont précisément définis. Le convertisseur convertit ensuite ces données en signaux analogiques. Comme les données numériques peuvent être indéfiniment recopiées sans subir aucune modification (tant qu'elles ne sont pas corrompues), un CNA a l'avantage de toujours travailler à partir de valeurs connues avant de suivre le processus normal de conversion en signal analogique.

Par contre, le travail réalisé dans un convertisseur analogique-numérique est beaucoup plus complexe. Un signal analogique peut être aléatoire. Il est généralement continu et contient des modulations qui doivent être échantillonnées et converties en données numériques. La fréquence d'échantillonnage du CAN et sa résolution des échantillons (c'est-à-dire les plus subtiles différences entre deux périodes consécutives du signal) déterminent la qualité des données numériques produites par le CAN. Un CAN est un système complexe qui doit intégrer le conditionnement du signal et d'autres méthodes pour améliorer les données qu'il exploite. Il peut ainsi produire une meilleure représentation du signal analogique lu.

 

Comment fonctionne un convertisseur numérique-analogique ?

Un convertisseur numérique-analogique commence par recevoir des valeurs binaires. Ces valeurs abstraites peuvent provenir de sources très différentes et représenter des choses encore plus différentes. Le système du convertisseur exploite ces informations et les convertit en signal analogique qui pourra être transmis à des haut-parleurs ou autre dispositif, pour obtenir le résultat voulu : signal audio, signal vidéo, etc.

Pour obtenir ce résultat final, les valeurs sont converties en impulsions électriques. Ces impulsions passent ensuite dans un filtre de reconstruction. Cette étape permet de combler les écarts dans les données pour produire les résultats les plus précis. Ces écarts existent même avec les fréquences d'échantillonnage les plus rapides.

Les variations dans le signal produit par le CAN doivent être les plus fluides et les plus naturelles possibles. Ces qualités sont extrêmement importantes dans les applications vidéo et audio, où des fréquences d'échantillonnage médiocres et des conversions audio incohérentes peuvent générer un son haché et une basse fidélité, ou des anomalies chromatiques, et détériorer d'autres aspects de la vidéo.

 

Comment fonctionne un convertisseur analogique-numérique ?

Un convertisseur analogique-numérique est un système très complexe. Le processus de conversion du signal consiste à capturer de petites quantités de données, qui sont des échantillons extraits d'un signal analogique. Ces échantillons sont convertis en valeurs discrètes, des 1 et des 0, véritable représentation numérique du signal analogique échantillonné, ou pour transmettre ces données à un affichage, par exemple.

La résolution est le facteur déterminant de la qualité de la représentation des signaux analogiques dans leur forme numérique.

Pour tout processus de conversion AN, un signal analogique constitue un challenge constant, parce que tout signal analogique contient un potentiel infini de variations de la tension du signal. Le CAN reçoit le signal enregistré dans un échantillon et le compare à une tension de référence. Cette comparaison est la base de la conversion analogique-numérique.

L'erreur de quantification est un important aspect du fonctionnement des systèmes de conversion AN. Toute technologie CAN est inévitablement limitée par ce problème. Le processus de conversion analogique-numérique perd inévitablement une partie du signal initial, parce que le signal analogique n'est pas enregistré et converti dans sa totalité. Même la meilleure technologie CAN perd une partie du signal, bien que ces pertes soient très petites.

Après avoir échantillonné le signal analogique, le convertisseur AN traite successivement chaque échantillon et les enregistre sous forme de données numériques.

 

Quels sont les types de convertisseurs de données ? Comment fonctionnent-ils et quelles sont leurs applications ?

 

Circuits Front End analogiques

Ces circuits intégrés sont conçus pour être utilisés avec des technologies spécifiques. Leurs applications incluent les appareils photos numériques, les scanners, l'imagerie infrarouge, la reconnaissance vocale, et bien d'autres.

 

Encodeurs et décodeurs audio et vidéo

Ces circuits de conversion AN reçoivent le signal analogique des microphones, appareils photos, etc. et le convertissent en données numériques exploitables par diverses technologies numériques. Elles doivent être ensuite décodées, une opération prise en charge par les décodeurs disponibles dans cette catégorie.

 

CAN audio

Un CAN audio est un des types de convertisseurs les plus couramment utilisés. Ils reçoivent un signal analogique d'un microphone, ou autre équipement audio, et le convertissent en données numériques, exploitables par des capteurs, des systèmes d'enregistrement, etc.

 

CNA audio

Pour décoder des données numériques provenant de la conversion d'un signal audio analogique, un convertisseur numérique-analogique est nécessaire. Ce sont des dispositifs CNA très courants, utilisés dans des lecteurs de CD ou tout autre appareil qui doit convertir des données numériques audio en signaux analogiques destinés à un amplificateur ou haut-parleurs.

 

Décodeurs audio

Les décodeurs audio prennent la représentation numérique d'un signal audio et la décode pour qu'elle puisse être convertie en signal analogique audio. Le circuit intégré contient tous les composants nécessaires pour ce processus.

 

Encodeurs audio

Un circuit encodeur audio contient tous les composants requis pour encoder un signal audio en données numériques après son échantillonnage. Ces encodeurs sont utilisés dans de nombreuses applications, depuis la conversion des voix en données numériques pour les applications de reconnaissance vocale, jusqu'aux systèmes de conversion des enregistrements musicaux en formats numériques.

 

Convertisseurs capacitance-numérique

Utilisés dans diverses applications d'instrumentation, ces convertisseurs prennent des mesures de capacitance analogiques, et les convertissent en données numériques, qui pourront être lues par un opérateur. Ils sont utilisés dans divers produits industriels et de grande consommation.

 

Systèmes d'acquisition des données

Les systèmes d'acquisition des données sont conçus pour mesurer diverses variables, telles que son, lumière, pression, tension, courant, etc. Ils intègrent le composant requis pour effectuer les mesures et le circuit nécessaire au traitement et d'autres éléments. Le circuit est vendu sous ce nom.

 

Potentiomètres numériques

Leur utilisation est identique à celle de leurs cousins analogiques. Ils servent à régler les circuits et peuvent servir d'interface avec des ordinateurs et d'autres systèmes.

 

Circuits de mesure d'énergie

Ces circuits intégrés offrent les fonctions complètes nécessaires à la mesure des niveaux d'énergie. Ils se différencient par leur résolution, fréquence de conversion, comptage de broches, et autres variables.

 

CAN à usage général

Ces convertisseurs peuvent convertir des signaux analogiques provenant d'une variété de sources en données numériques, qui pourront être ensuite manipulées selon les besoins. Ils sont disponibles dans un grand nombre de designs et de configurations de broches.

 

CNA à usage général

Ces convertisseurs NA peuvent être intégrés dans un grand nombre de produits pour convertir des données numériques en signaux analogiques. Leurs designs sont variés.

 

Convertisseurs résolveurs numériques

Les résolveurs reçoivent des informations provenant de systèmes mécaniques, tels que la position d'un axe, et la convertissent en données numériques. Ils peuvent aussi convertir d'autres données, tels que la vitesse et l'angle.

 

Échantillonneurs-bloqueurs

Ces systèmes reçoivent une tension variable provenant d'un signal analogique et maintiennent cette valeur à un niveau spécifique.

 

Convertisseurs de fréquence d'échantillonnage

Les données numériques sont enregistrées par échantillonnage à une fréquence spécifique. Ces dispositifs peuvent donc recevoir une fréquence d'échantillonnage pour la convertir en une autre.

 

Contrôleurs d'écrans tactiles

Ces contrôleurs sont utilisés pour gérer les écrans résistifs et capacitifs. Ils convertissent les pressions et les mouvements des doigts de l'utilisateur à la surface de l'écran en signaux lisibles par le système.

 

Numériseurs d'écrans tactiles

Ces composants servent à capturer le signal analogique généré par les doigts d'un utilisateur sur un écran tactile pour le convertir en données numériques que le système final pourra interpréter.

 

CAN vidéo

Ces composants servent à convertir des signaux analogiques provenant d'une source vidéo en données numériques. Semblables aux CAN, ils utilisent des fréquences d'échantillonnage et d'autres variables ayant un impact sur leur performance.

 

CNA vidéo

Ces convertisseurs sont généralement intégrés dans des moniteurs et écrans équipés d'interfaces analogiques. Ils capturent les données numériques vidéo et les convertissent dans un format interprétable par le système.

 

Décodeurs vidéo

Ces circuits intégrés servent à décoder les données vidéo numériques en signaux analogiques.

 

Encodeurs vidéo

Ces circuits intégrés convertissent les données provenant de sources vidéo et les convertissent (encodent) en données numériques, qui peuvent être stockées, copiées, sans perte de qualité.

 

Convertisseurs tension-fréquence et fréquence-tension

Ces dispositifs servent à convertir une tension en une fréquence proportionnelle et réciproquement. Ils sont disponibles dans différentes versions : synchrones, asynchrones et non-synchrones.

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