Qu’est-ce qu’une carte de conversion AD ?
Une carte de conversion AD est une carte qui a pour fonction de convertir divers signaux analogiques en signaux numériques.
Les cartes de conversion AD sont disponibles avec une variété d’interfaces en fonction de l’application embarquée.
Il existe des produits dotés d’interfaces telles que PCI-Express pour les PC intégrés, FMC pour la connexion en tant que carte fille à d’autres cartes et USB.
Utilisations des cartes de conversion AD
Les cartes de conversion AD sont principalement utilisées pour convertir les signaux analogiques acquis par divers capteurs en signaux numériques destinés à être traités par des microcontrôleurs et d’autres dispositifs.
1. Mesure et surveillance
Les cartes de conversion AD sont utilisées pour convertir des grandeurs physiques telles que la température, la pression, la lumière et le son en signaux numériques. Cela permet d’acquérir, de mesurer et de surveiller les signaux provenant des capteurs. Les exemples incluent le contrôle de la qualité des produits dans les usines et la surveillance de l’environnement.
2. Acquisition et traitement des données
Les cartes de conversion AD sont utilisées pour acquérir et traiter des données en convertissant des signaux analogiques en signaux numériques. Les exemples incluent l’acquisition de signaux ECG dans les équipements médicaux et le traitement du son.
3. Traitement des signaux
Les cartes de conversion AD sont utilisées pour effectuer le traitement des signaux numériques. Les exemples incluent le filtrage de la parole et l’analyse des formes d’onde.
Principe des cartes de conversion AD
La conversion A/N convertit un signal analogique en un signal numérique au cours des étapes d’échantillonnage, de quantification et de codage suivantes.
1. échantillonnage
La valeur de l’amplitude d’un signal analogique, qui est un signal continu, est échantillonnée à des périodes discrètes. La période à cet instant est appelée “période d’échantillonnage” et est principalement exprimée par le symbole Ts. La formule de calcul est la suivante.
Période d’échantillonnage : Ts = 1/Fs (Fs : fréquence d’échantillonnage)
2. quantification
Les valeurs d’amplitude extraites à des périodes discrètes (période d’échantillonnage) par l’échantillonnage sont approximées en valeurs d’amplitude discrètes afin qu’elles puissent être converties en signaux numériques. L’erreur produite par la quantification est appelée “erreur de quantification” et est exprimée par l’équation suivante.
Erreur de quantification = (valeur échantillonnée) – (valeur quantifiée)
La quantification est réalisée en comparant la tension d’entrée à une tension de référence. Selon la méthode de comparaison, certaines méthodes permettent une conversion de haute précision et un échantillonnage à grande vitesse.
3. codage
Les valeurs d’amplitude discrètes approximées par quantification sont converties en un code binaire de 0 et de 1.
Types de cartes de conversion AD
Les types de cartes de conversion AD sont classés en fonction de la méthode de conversion AD. Les trois principales méthodes sont les suivantes
1. Comparaison successive
La méthode de conversion AD par comparaison successive convertit un signal analogique en un signal numérique par comparaison de tensions. Le signal analogique est comparé à la tension à comparer et les bits sont déterminés l’un après l’autre.
La résolution maximale est de 18 bits et la fréquence d’échantillonnage maximale est d’environ 10 MHz. Un filtre anti-repliement externe est nécessaire.
2. Delta-sigma
Les méthodes de conversion AD delta-sigma utilisent la technologie de modulation delta-sigma pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques. La résolution maximale est d’environ 32 bits, ce qui en fait la méthode ayant la résolution la plus élevée, mais la fréquence d’échantillonnage maximale est faible (environ 1 MHz).
3. Pipeline
Les méthodes de conversion AD en pipeline divisent le signal analogique en plusieurs étapes dans une structure en pipeline et les traitent en parallèle pour obtenir une conversion à grande vitesse. Chaque étage convertit le signal analogique en un signal numérique et le transmet à l’étage suivant.
La fréquence d’échantillonnage maximale est de 1 GHz et la résolution maximale est d’environ 16 bits. Le coût est plus élevé en raison de la complexité du circuit.
Comment choisir une carte de conversion AD
1. Résolution
Sélectionnez une carte de conversion AD avec la résolution requise. Par exemple, si la carte doit être utilisée pour le contrôle par rétroaction, cette résolution doit être déterminée à partir des exigences de précision.
2. Période d’échantillonnage
Déterminer la période d’échantillonnage en fonction de la gamme de fréquence du signal cible. En théorie, une période d’échantillonnage de deux fois la gamme de fréquence est nécessaire, mais en pratique, on dit qu’elle est de 10 fois.
3. Nombre de canaux d’entrée
Il existe une large gamme de cartes de conversion AD, allant de celles à un canal à celles à plusieurs centaines de canaux. En fonction du nombre de signaux à mesurer, il faut choisir le nombre de canaux d’entrée nécessaires.
4. Interfaces d’entrée/sortie
Les cartes de conversion AD disposent souvent d’interfaces telles que USB, FMC ou PCI Express. L’interface appropriée doit être sélectionnée en fonction de l’interface utilisée.
5. Logiciel
Les cartes de conversion AD sont parfois fournies avec un logiciel de mesure. Ce logiciel assure des fonctions telles que l’acquisition, le traitement, l’affichage et le stockage des données. Selon le but de l’utilisation, il est nécessaire de vérifier si le logiciel possède les fonctions requises.
6. Le coût
En fonction de la précision requise, de la fréquence d’échantillonnage et du nombre de canaux d’entrée, il convient de choisir une fourchette de prix appropriée.