Les convertisseurs DAC (Digital to Analog) et ADC (Analog to Digital) sont des composants essentiels dans de nombreux appareils électroniques que nous utilisons quotidiennement, car ils permettent de convertir des informations numériques numériques en signaux analogiques, comme le son, et vice versa. Si vous vous êtes déjà demandé comment la musique numérique passe d'une série de uns et de zéros à quelque chose que vos oreilles peuvent entendre, ou comment un microphone convertit votre voix en données qu'un ordinateur peut traiter, la réponse réside dans ces convertisseurs. Comprendre comment cela fonctionne est non seulement fascinant, mais c'est également essentiel pour ceux qui souhaitent se lancer dans le domaine de l'électronique, de l'audio ou simplement avoir des connaissances plus techniques sur la technologie qui nous entoure.
Ces dispositifs, même s'ils semblent complexes, exécutent un processus assez simple à décrire, mais qui nécessite en pratique une haute précision et une technologie avancée. Tout au long de cet article nous allons détailler son fonctionnement, ses principales caractéristiques, les types qui existent et où ils sont utilisés au quotidien afin que tout soit clair pour vous.
Qu'est-ce qu'un convertisseur DAC et à quoi sert-il ?
Un convertisseur numérique-analogique, également connu sous le nom de DAC (Digital to Analog Converter), est un appareil qui prend des informations numériques, généralement représentées sous forme de code binaire (une séquence de 0 et de 1), et les convertit en un signal analogique continu, comme vous pouvez être un signal audio. signal. Ce signal analogique est ce que vous pouvez ensuite écouter via des haut-parleurs, des écouteurs ou tout autre périphérique de sortie audio.
La résolution d'un DAC est l'un des paramètres les plus importants, car il détermine la précision du signal analogique résultant. La résolution est directement liée au nombre de bits du convertisseur : un DAC 8 bits a moins de précision qu'un 16 bits par exemple. Un bon DAC peut améliorer considérablement la qualité audio numérique, comme c'est le cas avec les lecteurs de musique haute fidélité.
Un autre aspect pertinent est son temps de réponse, c'est-à-dire la vitesse à laquelle vous pouvez effectuer la conversion. Ceci est crucial dans les applications audio de haute qualité, où la latence doit être minimale. De plus, les DAC peuvent également avoir différents types de sortie : certaines peuvent être en courant, d'autres en tension, et les spécifications du fabricant détaillent ces différences.
Qu'est-ce qu'un convertisseur ADC ?
En outre, le convertisseur analogique numérique (ADC, Analog to Digital Converter) effectue l’opération inverse. Il prend un signal analogique, tel que votre voix capturée par un microphone, une température mesurée par un capteur ou un signal de tension, et le convertit en données numériques pouvant être traitées par un ordinateur ou un autre appareil électronique.
L'ADC fonctionne selon un processus connu sous le nom de échantillonnage y quantification. L'échantillonnage consiste à « découper » le signal à différents intervalles de temps et à enregistrer la valeur du signal analogique à chacun de ces points. Ensuite, une quantification est effectuée, qui consiste à attribuer cette valeur à un nombre numérique à l'aide d'un système de codage. Le taux d'échantillonnage, mesuré en kHz, est un facteur essentiel dans la qualité de la conversion ; Plus la fréquence d'échantillonnage est élevée, plus la conversion est précise.
Le processus d’échantillonnage et de quantification dans l’ADC
La première chose que fait un CAN est de mesurer le signal analogique à intervalles périodiques, ce que nous appelons échantillonnage. Ceci est exprimé en fréquence d'échantillonnage et dépend de ce que vous souhaitez convertir. Pour l'audio, par exemple, la fréquence standard est généralement de 44.1 kHz, utilisée dans les CD et représente le double de la fréquence maximale que les humains peuvent entendre, 20 kHz. Ici, nous appliquons le Théorème d'échantillonnage de Nyquist, qui stipule que le taux d'échantillonnage doit être supérieur à deux fois la fréquence maximale du signal pour éviter toute distorsion.
Ensuite, le quantification, qui consiste essentiellement à attribuer chaque valeur échantillonnée à un nombre numérique. Le nombre de bits utilisés pour représenter chaque échantillon est ce qui détermine le peu profond. Plus l'ADC a de profondeur de bits, plus le signal analogique d'origine est représenté avec précision.
Types d’ADC et de DAC : combien y en a-t-il ?
Plusieurs types d'ADC et de DAC, et chacun a ses avantages et ses inconvénients en fonction des besoins de précision et de vitesse de conversion. Parmi les ADC les plus courants figurent approximations successives, Sigma-Delta y canalisation.
L'ADC à approximations successives, ou SAR, est l'une des plus populaires car elle offre une faible consommation d'énergie et c'est tout à fait preciso, même si ce n'est pas le plus rapide. Il fonctionne en prenant le signal analogique et en le comparant étape par étape avec les valeurs d'un DAC interne jusqu'à ce que la meilleure estimation numérique possible soit obtenue. Ils sont parfaits pour les applications où une conversion ultra-rapide n'est pas nécessaire.
De son côté, l'ADC Sigma-Delta a l'avantage d'offrir un très haute résolution, ce qui le rend idéal pour les applications audio ou les mesures précises. Cependant, sa vitesse de conversion est plus lente.
Enfin, les CAN pipeline sont les plus rapides et sont utilisés dans les applications où une grande quantité de données doit être traitée en peu de temps, comme dans les systèmes de télécommunications ou l'imagerie ultrasonique. Ceux-ci sont plus complexes et consomment généralement plus d’énergie que les autres types d’ADC.
DAC les plus courants
Concernant les DAC, on peut différencier ceux de échelle R-2Rle chaîne résistive et les pondération binaire. Les DAC à pondération binaire sont les plus basiques, basés sur une combinaison de résistances qui permettent la conversion de valeurs binaires en tensions analogiques correspondantes. Cependant, ils présentent des problèmes de précision lorsqu’on travaille avec des nombres très élevés.
Le DAC en échelle R-2R, quant à lui, est plus précis et évolutif, car il n'utilise que deux valeurs de résistance, ce qui en fait un modèle très populaire dans l'industrie. Différentes versions de ce type de DAC sont présentes dans une large gamme d'appareils électroniques.
Applications des ADC et DAC
Les convertisseurs DAC et ADC ont un grand nombre d'applications pratiques. Dans le cas du DAC, sont essentiels dans les appareils audio tels que lecteur CD, cartes son pour ordinateurs et lecteurs de musique haute fidélité modernes. Le DAC externes Ils sont souvent utilisés par les audiophiles cherchant à améliorer la qualité audio de leurs systèmes. Ils sont souvent connectés à des lecteurs CD ou à des ordinateurs, puis à un amplificateur pour convertir les signaux numériques en signaux analogiques avec plus de précision et de qualité.
En outre, le ADC Ils sont indispensables dans des équipements tels que microphones, les appareils photo numériques et tout système qui collecte un signal analogique et doit le traiter au format numérique. Un ordinateur à lui seul ne peut pas comprendre un signal purement analogique ; Il faudrait un ADC pour les convertir en données numériques avant de les traiter.
Dans de nombreux systèmes, comme interfaces audio Pour les studios d'enregistrement, l'ADC et le DAC fonctionnent ensemble. L'ADC prend le signal du microphone et le transforme en données numériques afin que le logiciel puisse le traiter, appliquer des effets, etc. Le DAC prend ensuite les données traitées et les reconvertit en signaux analogiques afin qu'elles puissent être lues via des écouteurs ou des haut-parleurs.
Histoire et évolution des convertisseurs
La première grande étape dans l’évolution des ADC et DAC dans l’industrie audio a été l’invention de l’enregistrement sur bande. Bien qu’initialement analogique, la nature de cette technologie a permis aux ingénieurs d’expérimenter différentes manières de numériser le signal. Les premières applications commerciales ADC/DAC ont débuté dans les années 70, lorsque des sociétés comme Sony ont lancé des enregistreurs numériques avancés permettant d'enregistrer, d'éditer et de traiter numériquement l'audio. L'arrivée de CD dans les années 80, avec sa qualité de 44.1 kHz, fut un moment clé dans la popularisation de cette technologie, et peu après études professionnelles Ils ont commencé à utiliser systématiquement ces convertisseurs.
Aujourd'hui, grâce aux progrès de la technologie des semi-conducteurs, les CAN et DAC ont été miniaturisés au point de pouvoir s'intégrer dans de petits circuits intégrés, les rendant ainsi plus rapides, plus précis et plus accessibles au grand public. Désormais, même sur les appareils mobiles, nous pouvons trouver des systèmes de conversion de haute qualité qui n'étaient auparavant possibles que sur des équipements professionnels très coûteux.
Facteurs clés pour choisir un ADC ou un DAC
choisir convertisseur approprié Cela dépend en grande partie de ce que vous devez faire. Pour les applications audio de haute qualité, il est impératif de rechercher un DAC doté d'un taux d'échantillonnage élevé (minimum 44.1 kHz pour la qualité CD) et suffisant peu profond (16 ou 24 bits). De plus, il est important d’envisager l’option d’un DAC asynchrone, qui peut offrir une réduction des erreurs en travaillant indépendamment de l'horloge principale de l'ordinateur.
D'un autre côté, pour les applications industrielles ou de contrôle, vous aurez besoin d'un CAN capable de traiter rapidement les signaux et probablement plus robuste et plus économe en énergie. Dans ce type d'applications, telles que le contrôle de la température d'un système CVC, il est crucial que le convertisseur soit capable de gérer des entrées analogiques variables et de les convertir en signaux numériques à traiter par un ordinateur qui contrôle le système.