Fiche sur la numérisation d'un signal

mieux comprendre La numérisation d'un signal

1 - signal analogique ou numérique ?

On appelle signal la représentation graphique d’une information (température, pression, absorbance, ...) au cours du temps, qui est transportée, avec ou sans transformation, de la source jusqu’au destinataire. Il en existe 2 catégories : les signaux analogiques et les signaux numériques.

Un signal analogique varie de façon continue en fonction du temps : il peut prendre, à chaque instant, une infinité de valeurs.

Un signal numérique varie de façon discrète au cours du temps, c'est-à-dire par paliers : il ne peut prendre à chaque instant que certaines valeurs.

2 - POURQUOI NUMÉRISER UN SIGNAL ANALOGIQUE ?

Le monde qui nous entoure est décrit par des grandeurs analogiques. En effet, l’intensité de la voix, la pression atmosphérique, la température sont des grandeurs qui varient de manière continue en fonction du temps. Ces grandeurs sont converties en signaux électriques (tension, intensité électrique, …) par des capteurs (microphone, pressiomètre, thermomètre). Mais pour qu’un signal analogique soit traité par un ordinateur, il doit être numérisé. La conversion d’un signal analogique en un signal numérique est alors réalisée par un Convertisseur Analogique Numérique ou CAN.

3 - quelles sont les différentes étapes de la numérisation d'un signal analogique ?

La numérisation consiste à transformer les grandeurs continues dans le temps d'un signal analogique en un signal variant par paliers à intervalles de temps réguliers.

ÉTAPE n°1 : L'ÉCHANTILLONAGE Le CAN prélève à intervalle de temps Te constant (appelé période d’échantillonnage, en secondes s) les valeurs (ou échantillons) du signal analogique. La fréquence fe (en hertz Hz) de l’échantillonnage correspond donc au nombre de mesures effectuées par le CAN en une seconde. Pour que le signal échantillonné soit proche du signal analogique de départ, il faut que le nombre d’échantillons pris soit important, donc que la fréquence fe soit importante.

fe (Hz) = 1 / Te (s)

ÉTAPE n°2 : LE BLOCAGE Le blocage permet de garder constante la tension échantillonnée pendant l’intervalle séparant deux échantillons. La fréquence d’échantillonnage doit être suffisamment grande par rapport à la fréquence du signal lui-même pour pouvoir «suivre » ses variations.

ÉTAPE n°3 : La QUANTIFICATION Lors de l’échantillonnage, on découpe l’axe horizontal en intervalles de temps identiques, donnés par la période de l’échantillonnage. Lors de la quantification, on découpe l’axe vertical en intervalles de tensions identiques, donnés par le « pas » ou « quantum » du CAN. Ce quantum, noté Q et exprimé en volts, correspond à la plus petite variation de tension analogique que peut repérer le CAN. Il dépend du nombre de bits N du convertisseur, ainsi que de son calibre.

Q = (Umax - Umin) / 2N

ÉTAPE n°4 : LE CODAGE Chaque valeur analogique repérée par le convertisseur est ensuite codée en binaire. La caractéristique de transfert du CAN est la fonction donnant les valeurs en sortie du CAN en fonction des valeurs de tension en entrée.