Définition : Signaux

Avant d'aller trop loin, parlons un peu de ce qu'est réellement un signal, des signaux électroniques en particulier (par opposition aux feux de circulation, aux albums du power-trio ultime ou à un moyen général de communication). Les signaux dont nous parlons sont des "quantités" variables dans le temps qui transmettent une sorte d'information. En génie électrique, la quantité qui varie dans le temps est généralement la tension (sinon cela, alors généralement le courant). Ainsi, lorsque nous parlons de signaux, considérez-les simplement comme une tension qui change avec le temps.

Les signaux sont transmis entre les appareils afin d'envoyer et de recevoir des informations, qui peuvent être de la vidéo, de l'audio ou une sorte de données codées. Habituellement, les signaux sont transmis par des fils, mais ils peuvent également traverser l'air via des ondes de radiofréquence (RF). Les signaux audio, par exemple, peuvent être transférés entre la carte audio et les haut-parleurs de votre ordinateur, tandis que les signaux de données peuvent être transmis dans les airs entre une tablette et un routeur WiFi.

Graphiques de signaux analogiques

Étant donné qu'un signal varie dans le temps, il est utile de le tracer sur un graphique où le temps est tracé sur l'axe horizontal des x et la tension sur l'axe vertical des y. Regarder un graphique d'un signal est généralement le moyen le plus simple d'identifier s'il est analogique ou numérique ; un graphique temps-tension d'un signal analogique doit être lisse et continu.

Bien que ces signaux puissent être limités à une plage de valeurs maximales et minimales, il existe toujours un nombre infini de valeurs possibles dans cette plage. Par exemple, la tension analogique sortant de votre prise murale peut être bloquée entre -120V et +120V, mais, à mesure que vous augmentez de plus en plus la résolution, vous découvrez un nombre infini de valeurs que le signal peut réellement avoir (comme 64,4V , 64,42V, 64,424V, et des valeurs infinies de plus en plus précises).

Exemples de signaux analogiques

Les transmissions vidéo et audio sont souvent transférées ou enregistrées à l'aide de signaux analogiques. La vidéo composite sortant d'une ancienne prise RCA, par exemple, est un signal analogique codé généralement compris entre 0 et 1,073V. De minuscules changements dans le signal ont un effet énorme sur la couleur ou l'emplacement de la vidéo.

Un signal analogique représentant une ligne de données vidéo composites.

Les signaux audio purs sont également analogiques. Le signal qui sort d'un microphone est plein de fréquences analogiques et d'harmoniques, qui se combinent pour faire de la belle musique.

Les signaux numériques doivent avoir un ensemble fini de valeurs possibles. Le nombre de valeurs dans l'ensemble peut être n'importe où entre deux et un très grand nombre qui n'est pas l'infini. Le plus souvent, les signaux numériques seront l'une des deux valeurs - comme 0V ou 5V. Les graphiques temporels de ces signaux ressemblent à des ondes carrées .

Ou un signal numérique peut être une représentation discrète d'une forme d'onde analogique. Vue de loin, la fonction d'onde ci-dessous peut sembler lisse et analogique, mais lorsque vous regardez de plus près, il y a de minuscules étapes discrètes lorsque le signal essaie de se rapprocher des valeurs :

C'est la grande différence entre les ondes analogiques et numériques. Les ondes analogiques sont lisses et continues, les ondes numériques sont progressives, carrées et discrètes.

Exemples de signaux numériques

Tous les signaux audio et vidéo ne sont pas analogiques. Les signaux normalisés tels que HDMI pour la vidéo (et l'audio) et MIDI , I ² S ou AC'97 pour l'audio sont tous transmis numériquement.

La plupart des communications entre circuits intégrés sont numériques. Les interfaces telles que serial , I ² C et SPI transmettent toutes des données via une séquence codée d'ondes carrées.

L'interface périphérique série (SPI) utilise de nombreux signaux numériques pour transmettre des données entre les appareils.

Électronique analogique

 , transistors et amplificateurs opérationnels - sont tous intrinsèquement analogiques. Les circuits construits avec une combinaison de ces seuls composants sont généralement analogiques.

Les circuits analogiques sont généralement des combinaisons complexes d'amplificateurs opérationnels, de résistances, de condensateurs et d'autres composants électroniques fondamentaux. Ceci est un exemple d'amplificateur audio analogique de classe B.

Les circuits analogiques peuvent être des conceptions très élégantes avec de nombreux composants, ou ils peuvent être très simples, comme deux résistances combinées pour former un diviseur de tension . En général, cependant, les circuits analogiques sont beaucoup plus difficiles à concevoir que ceux qui accomplissent la même tâche numériquement. Il faut un type spécial d'assistant de circuit analogique pour concevoir un récepteur radio analogique ou un chargeur de batterie analogique; des composants numériques existent pour rendre ces conceptions beaucoup plus simples.

Les circuits analogiques sont généralement beaucoup plus sensibles au bruit (petites variations indésirables de tension). De petits changements dans le niveau de tension d'un signal analogique peuvent produire des erreurs importantes lors du traitement.

Électronique numérique

 et, à des niveaux supérieurs, de microcontrôleurs ou d'autres puces informatiques. La plupart des processeurs, qu'il s'agisse de gros processeurs costauds dans votre ordinateur ou de tout petits microcontrôleurs, fonctionnent dans le domaine numérique.

Les circuits numériques utilisent des composants tels que des portes logiques ou des circuits intégrés numériques plus complexes (généralement représentés par des rectangles avec des broches étiquetées qui s'étendent à partir d'eux).

Les circuits numériques utilisent généralement un schéma binaire pour la signalisation numérique. Ces systèmes attribuent deux tensions différentes à deux niveaux logiques différents -- une haute tension (généralement 5 V, 3,3 V ou 1,8 V) représente une valeur et une basse tension (généralement 0 V) ​​représente l'autre.

Bien que les circuits numériques soient généralement plus faciles à concevoir, ils ont tendance à être un peu plus chers qu'un circuit analogique tout aussi chargé.

Analogique et numérique combinés

Il n'est pas rare de voir un mélange de composants analogiques et numériques dans un circuit. Bien que les microcontrôleurs soient généralement des bêtes numériques, ils ont souvent des circuits internes qui leur permettent de s'interfacer avec des circuits analogiques ( convertisseurs analogique-numérique , modulation de largeur d'impulsion et convertisseurs numérique-analogique. Un convertisseur analogique-numérique (ADC ) permet à un microcontrôleur de se connecter à un capteur analogique (comme des photocellules ou des capteurs de température), pour lire une tension analogique. Le convertisseur numérique-analogique, moins courant, permet à un microcontrôleur de produire des tensions analogiques, ce qui est pratique lorsqu'il doit faire sonner.