Convertisseur numérique-analogique

Un convertisseur numérique-analogique (CNA, de N/A pour numérique vers analogique ou, en anglais, DAC, de D/A pour Digital to Analog Converter) est un composant électronique dont la fonction est de transformer une valeur numérique (codée sur plusieurs bits) en une valeur analogique proportionnelle à la valeur numérique codée.

Généralement la sortie du convertisseur est une tension électrique, mais certains convertisseurs ont une sortie en courant.

N/A = Fréquence / Bits

Symbole normé du convertisseur numérique analogique

Techniques

Il existe plusieurs solutions pour créer un signal analogique à partir d'un système numérique. Elle se divise en deux catégories, celles à sortie pseudo analogique (le signal en sortie contient le message analogique, mais d'autres signaux s'ajoutent à lui) ou à sortie analogique. Dans ce dernier cas, on utilise généralement des convertisseurs à réseau de résistances.

Sortie pseudo analogique : modulation de largeur d'impulsion

Le principe de la modulation de largeur d'impulsion (MLI, ou PWM en anglais) est de créer un signal d'horloge dont le rapport cyclique est variable et proportionnel à la valeur codée.

Si l'on extrait la moyenne de ce signal (au moyen d'un filtre passe-bas), on obtient une valeur analogique proportionnelle à ce rapport cyclique.

Sortie analogique : réseau de résistances

La conversion analogique à réseau de résistances ou échelle de résistances repose sur le principe de la division des tensions (pont diviseur pour le réseau unaire) ou de division des courants (réseau R/2R). Dans tous les cas un étage d'adaptation d'impédance suit le montage résistif pour qu'une charge en sortie ne perturbe pas la conversion.

Convertisseur numérique analogique 3 bits à réseau unaire

Convertisseur numérique analogique 3 bits à réseau binaire

Convertisseur numérique analogique 3 à réseau échelle - R2R

Le principe est de créer une valeur analogique en pondérant le poids de chaque bit d'information, selon la formule :

$V_{out}=k.V_{ref}.\sum _{i=1}^{n}\left(2^{n-i}.a_{n-i}\right)$

Avec :

• $V_{ref}=$ maximum de la conversion
• $k=$ rapport de proportionnalité
• $n=$ nombre de bits du convertisseur
• $a_{n}=$ valeur du bit n (1 ou 0)

Différents types de réseaux peuvent être utilisés :

réseau unaire

on utilise une seule valeur de résistance et autant de résistances qu'il y a de valeurs de sortie possibles, montées en pont diviseur. Cette méthode assure une parfaite monotonicité de la valeur de sortie mais n'est intéressante que pour les petits nombres de bits, car elle requiert un nombre exponentiel de résistances et commutateurs ($2_{n}-1$);

réseau binaire

on utilise des résistances de différentes valeurs, la valeur de chaque résistance correspond au poids binaire de chaque bit. Cette méthode requiert une grande précision sur la valeur des résistances des bits de poids fort (MSB), surtout si le nombre de bits est important ;

réseau R-2R

on réalise une échelle avec un faible nombre de valeurs de résistances. Cette méthode est plus adaptée à la fabrication sur silicium.

On peut également associer les différentes méthodes afin d'obtenir une précision correcte sans impliquer de ressources trop importantes, généralement coder les bits de poids fort avec un réseau de résistances unaire et les bits de poids faible avec un réseau de résistances binaire.

Usage

Cartes son, modems, TV, Hi-Fi, etc.

Fabricants de convertisseurs

CNA Philips d'un lecteur CD.

• C cube
• Wolfson Microelectronics
• Analog Devices
• IDT, anciennement NXP, anciennement Philips (TriMedia)
• Conexant
• Burr-Brown (PCM1704U-K)
• Cirrus Logic (Delta-Sigma (en))
• Crystal
• Texas Instruments (PCM1794)
• C-Media (CMI8768/PCI)
• Sigmatel (ST9460)
• Euphia
• Asahi Kasei
• Fiio
• ESS Technology

Les modulations

Audio

• PDM (Pulse Density Modulation)
• PWM (Pulse Width Modulation)
• delta-sigma (Delta-sigma modulation (en))
• delta
• Nyquist
• DFT (Discrete Fourier Transform)
• FFT (Fast Fourier Transform)

Vidéo

• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
• SK Shift Keying (BP, QP, F, P phase)
• QAM (16, 32, 64)
• FOK

Voir aussi

Articles connexes

• Quantification ;
• RAMDAC, convertisseur numérique-analogique pour la vidéo ;
• Convertisseur analogique-numérique, la fonction réciproque du convertisseur numérique-analogique

Liens externes

• Conversion numérique analogique (animation)
• (en) All about legendary Burr Brown PCM63 digital-to-analog converter, site officiel
• Panorama des DAC USB (CultureHD)