Électronique analogique

Électronique analogique

L'électronique analogique est la discipline traitant des systèmes électroniques opérant sur des grandeurs (tension, courant, charge) à variation continue. Elle diffère de l'électronique numérique dans laquelle ces dernières sont quantifiées. On emploie le terme « analogique » car les grandeurs électriques utilisées sont à l'image du signal à traiter (analogues).

Description

Le terme est souvent associé à un contexte électrique, mais d'autres systèmes tels que la mécanique, la pneumatique, l'hydraulique, etc., peuvent également employer des signaux analogiques.

Signaux analogiques, signaux numériques

L'information n'est pas codée de la même façon dans les circuits analogiques et numériques. Les systèmes numériques utilisent la quantification et un codage de l'information tandis que les systèmes analogiques travaillent sur des valeurs à variation continue dont la richesse du contenu n'est pas limitée par un échantillonnage quelconque.

Historiquement, les premiers systèmes électroniques étaient de type analogique. Ceux-ci avaient en effet une structure plus simple. Une même fonction était réalisée avec moins de composants en analogique qu'en numérique.

Les progrès de l'intégration et l'essor de la micro-électronique ont favorisé le développement de l'électronique numérique. La plupart des systèmes électroniques actuels intègrent des systèmes numériques et des systèmes analogiques. Si la part de l'analogique se réduit au profit du numérique, l'électronique analogique reste cependant incontournable dans un certain nombre d'applications.

Le principal intérêt de l'électronique numérique est sa simplicité de fonctionnement qui rend son comportement très prédictible. Les règles de quantification et le synchronisme (dans les circuits synchrones) permettent de construire aisément des systèmes complexes et fiables. L'intégration a rendu cela possible et peu coûteux.

Bruit et précision

Grâce à leur quantification, les circuits numériques limitent l'impact du bruit. C'est l'avantage du codage par « tout ou rien ». Les signaux analogiques étant continus, ils sont obligatoirement soumis à une incertitude due au fait que les signaux physiques sont convoyés par des charges discrètes. Par contre, la quantité d'information convoyée sur un seul fil est plus grande (à fréquence constante).

L'immunité au bruit des circuits numériques est très intéressante en traitement du signal. Elle permet en particulier d'atteindre des dynamiques importantes puisque celle-ci n'est limitée que par le nombre de « fils » utilisés pour convoyer le signal. En analogique c'est le ratio entre le niveau de saturation et le niveau de bruit qui l'impose.

Le bruit étant un phénomène physique, il reste présent dans les circuits numériques. Il s'agit même d'un problème important dans les circuits récents, qui combinent les difficultés : de petits composants, de faibles tensions d'alimentations et des fréquences élevées. Le bruit est à origine de phénomènes pouvant mettre en défaut les circuits numériques (gigue, glitches), là où les systèmes analogiques ne subissent la plupart du temps qu'un dysfonctionnement passager ou une dégradation de leur performance.

Intégration

Bien que les circuits numériques comportent un grand nombre de composants et de nœuds, ils sont souvent plus petits que les circuits analogiques car ils se prêtent mieux à l'intégration. Dans le domaine du traitement de l'information, il est moins exigeant pour un transistor de fonctionner en binaire (bloqué/saturé c'est-à-dire commutateur fermé/ouvert) qu'en linéaire (amplificateur). Les circuits numériques sont petits et plus faciles à concevoir que les systèmes analogiques. L'électronique numérique permet la conception de circuits extrêmement complexes tels que les processeurs à un coût modéré.

Domaines d'utilisation

Bien que l'électronique numérique soit actuellement très répandue, les systèmes analogiques sont encore largement présents et indispensables. Ils peuvent être regroupés dans différentes familles :

les capteurs : la plupart des capteurs génèrent des signaux analogiques représentant la grandeur physique à mesurer ;

les circuits d'instrumentation : les chaînes d'acquisition permettent le pré-traitement et l'amplification des signaux analogiques souvent faibles provenant de capteurs : on parle de systèmes d'instrumentation ;

les calculateurs : au milieu du xxe siècle, les calculateurs analogiques ont permis de réaliser des opérations mathématiques en manipulant des signaux analogiques. Ils ont été rapidement supplantés par l'ère numérique, néanmoins on trouve toujours des circuits pouvant réaliser de telles opérations : l'amplificateur opérationnel ;

les filtres : on utilise encore beaucoup le filtrage analogique lorsque les filtres numériques, implémentés sur DSP ou FPGA sont ou trop lents (circuits HF) ou trop lourds à mettre en œuvre. Le filtre le plus simple et le plus connu est probablement le filtre RC ;

les circuits d'amplification électronique : ils permettent la mise en forme de signaux analogiques pour être directement utilisables par des actionneurs : l'amplificateur électronique ;

les actionneurs : une grande partie des actionneurs utilisent des signaux analogiques en tant que commande, bien que ceux-ci soient généralement associés à l'alimentation en énergie du système : moteur électrique, haut-parleur, etc. ;

les convertisseurs : enfin il existe des systèmes de conversion analogique ↔ numérique que l'on peut qualifier de mixte : CAN, CNA, MLI ;

les oscillateurs : circuits générant un signal alternatif à une fréquence fixée. À l'heure actuelle, l'oscillateur contrôlé en tension ou VCO est un circuit analogique très répandu du fait de son utilisation dans les boucles à verrouillage de phase (PLL) et à verrouillage de délai (DLL). Les oscillateurs sont également très utilisés pour les circuits radiofréquence.