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Savez-vous comment l’erreur de quantification est générée lors du processus de conversion analogique-numérique ?
À l’ère du numérique, le processus de conversion des signaux analogiques en signaux numériques constitue sans aucun doute une partie importante de la technologie électronique. Les convertisseurs analogique-numérique (CAN) jouent un rôle essentiel dans ce processus. Il peut convertir des signaux analogiques tels que le son d'un microphone et la lumière d'un appareil photo numérique en signaux numériques. Cependant, dans ce processus, l'erreur de quantification est un problème inévitable. Comment cette erreur se produit-elle ?
L’erreur de quantification est le résultat inévitable de la conversion d’un signal analogique continu en un signal numérique discret.
Le processus de quantification
Au cœur de l’ADC se trouve le processus de quantification, qui consiste à convertir l’amplitude d’un signal analogique en un ensemble de valeurs numériques discrètes. Ce processus signifie que chaque instant du signal analogique est « échantillonné » et approximé à la valeur numérique la plus proche. Cette conversion introduit nécessairement une petite erreur, l’erreur de quantification.
Il convient de mentionner que l’erreur de quantification est non linéaire et dépend du signal, ce qui rend la conversion précise plus compliquée. Idéalement, dans l’ADC, l’erreur de quantification est répartie uniformément entre −1/2 LSB et +1/2 LSB, et le signal couvre tous les niveaux de quantification.
L'impact de l'erreur de quantification
L’existence d’une erreur de quantification affecte directement les performances du CAN, en particulier son rapport signal sur bruit (SNDR). Pour un CAN idéal, si son SNDR dépasse le SNDR du signal d'entrée, l'effet de l'erreur de quantification peut être ignoré, obtenant ainsi une représentation numérique presque parfaite.
Dans un CAN idéal, les performances du rapport de bruit de quantification (SQNR) peuvent généralement être décrites par le nombre de bits de quantification (Q).
Relation entre la résolution et l'erreur de quantification
La résolution d'un ADC représente le nombre de valeurs différentes qu'il peut fournir. En fonctionnement, la résolution détermine la taille de l’erreur de quantification et le rapport signal/bruit maximal du CAN. La résolution est généralement exprimée en bits. Un ADC 8 bits peut encoder l'entrée analogique en 256 niveaux différents. Par conséquent, plus la résolution est élevée et plus l'erreur de quantification est faible, meilleures sont les performances de numérisation du signal.
Comment améliorer l'erreur de quantification
Pour réduire les effets de l’erreur de quantification, de nombreux systèmes avancés utilisent une technique appelée « dithering », qui ajoute une petite quantité de bruit aléatoire au signal d’entrée. Cela aide l'ADC à étendre la plage effective du signal analogique et randomise efficacement les erreurs de quantification qui se produisent lors de sa conversion en bits numériques.
Grâce au dithering, la distorsion de quantification de faible niveau du signal audio est convertie en bruit, de sorte que le signal non déformé est restauré grâce à la moyenne temporelle.
Conclusion
Lors du processus de conversion de signaux analogiques en signaux numériques, l’erreur de quantification est sans aucun doute l’un des facteurs clés affectant la qualité des signaux numériques. Bien que l’erreur de quantification puisse être réduite grâce à une haute résolution et à des techniques de traitement soigneusement conçues, elle ne peut pas être complètement éliminée. Selon vous, comment les améliorations des erreurs de quantification affecteront-elles nos vies dans les futurs produits électroniques ?
