Brevet FR2004403A1 — publié le 19691121

t 2004403 L» présente invention se rapporte aux convertisseurs décodeurs, et plus particulièrement aux convertisseurs analogiques digitaux et aux oonvertisseurs analogiques digitaux du type "à rampe de comptage". La présente invention concerne les convertisseurs analogiques digitaux 5 et les reoonvertisseurs dans lesquels, pendant une période donnée T, définie par la fréquenoe d'échantillonnage, le nombre de quantums d'amplitude utilisables dans le signal analogique est fonction du nombre d'impulsions de oomptage qui peuvent se produire à l'intérieur de oette période. En général, si la fréquence de comptage est doublée, le nombre des quantums est également doublé. 10 Dans le oaa considéré, pour une résolution très fine, la fréquence de comptage est très élevée, c'est-à-dire que pour une vitesse d*échantillonnage de 32 KHS| aveo 2.048 quantums (donnant un code à onze "bits), la vitesse de comptage e«t 98 MHz. Four augmenter la résolution, il est néoessaire de définir des intervalle les de temps intermédiaires qui se terminent entre deux comptages successifs. Un moyen d'obtenir oeux-oi est d'augmenter simplement fQ, cs est-à-dire que pour doubler la résolution, fQ doit ôtre doublé. Ceoi aboutit & définir des A—i mesures de temps entre les temps de comptage normaux pour fQ. Toutefois, le compteur doit fonctionner au double de la fréquence de comptage, car il est 20 difficile d1obtenir aveo des composants de circuits connus uns fréquence très élevée. La présente invention a pour objet de proposer des convertisseurs décodeurs, à résolution accrue, sans nécessiter une augmentation dalla fréquence de comptage fQ. 25 Selon l'invention, il est prévu un convertisseur analogique digital, dans lequel les quantums sont définis par l'interaction d'un train, d'impulsions de comptage, et d'une code en forme de dent de scie, le convertisseur comprenant t — une souroe délivrant le train d'impulsions de oomptage ou signal d'horloge } - des premiers moyens couplés à la souroe pour dériver un signal polyphasé du 30 train d'impulsions de oomptage j — des seoonds moyens couplés aux premiers moyens pour séleotionner le signal polyphasé et le faire réagir sur l'onde en forme de dent de scie quand 1'amplitude de l'échantillon analogique demeure plus proche d'un temps défini par cette interaction que d'un temps défini par l'interaction du train d'irapulsionB 35 de comptage original et de l'onde en forme de dent de sci». Dans le oas d'un convertisseur analogique digital, l'appareil normal de codage et de quantification utilisant le train d'impulsions original ou signal d'horloge et l'onde en forme de dent de scie, oomporte en plus t - des moyens pour engendrer le signal polyphasé 5 40 - une bascule bistable, commandée par le signal polyphasé j 69 08061 2 2004403 - des moyens répondant à une comparaison de l'échantillon analogique et de 1' onde en forme de dent de scie, pour arrêter le. "bascule quand la valeur de 1' amplitude analogique est égale à la valeur de l'amplitude de la dent de scie ; - et des moyens pour ajouter le signal de sorti© dans la bascule arrêtée, sous 5 la forme d'un ou de plusieurs digits supplémentaires, à la représentation digitale obtenue à partir de l'appareil de codage normal. Dans 1© cas du convertisseur digital analogique complémentaire3 l'appareil de codage normal comprenant des moyens pour engendrer un train d'impulsions ou un signal d'horloge identique au train d'impulsions original ou au 10 signal d'horloge dans le codeur, et des moyens pour échantillonner et entretenir l'onde en forme de dent de scie en réponse au signal d'entrée digital de hase, comporte on plus t - des moyens pour engendrer un Bignal à phases multiples identique à oelui dû, codeur f 15 ~ et des moyens répondant aux digits additionnels dans le-signal d'entrée digital pour sélectionner soit le train d'impulsions original, soit le train d1 impulsions polyphasé et appliquer le train d'impulsions choisi comme fréquenoe de oommandet œa.compteur digital qui reçoit le signal digital d'entrée, le signal de sorti© d'impulsions final du compteur étant utilisé pour commander les 20 moyens d'échantillonnage at d'entretien» Dans un Gxeaple de réalisation préféré à© 1'inventionj le signal polyphasé est simplement de phase opposée au train d'impulsions original. Ce signal de phase opposée est obtenu facilement par des éléments logiques simples, tels 25 D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront d© la description détaillée ci-deBsous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation classique d'un convertisseur analogique digital. ! 30 La figure 2 illustre l'onde en forme de dent de scie et le train d'impulsions utilisé dans la figure 1. La figuré 3 illustre le signal de train d'impulsions original et le signal en opposition de phase qui en est dérivé. La figure 4 représente schématiquement une variante du convertisseur de 35 la figure 1, selon l'invention. La figure 5 représente schématiquement une forme classique â© convertisseur digital analogique La figure 6 représente schématiquement une variante du convertisseur de la figure 53 selon 1'inventiez 40 Bans le codeur classique, représenté sur la figure 1, l'échantillo- " BAD ORK3INAL 69 C8061 3 2004403 gnal analogique entrant est appliqué au comparateur 1 où. il est comparé avec une onde en forme de dent de soie. Au début de la période de comptage, le compteur 2 est démarré et il est cadencé à une fréquence fQ, par l'intermédiaire de la porte de "blocage ou d'interdiction 3. Quand l'amplitude de l'onde en 5 forme de dent de scie est égale à l'amplitude de l'échantillon.de signal analogique, le comparateur 1 délivre un signal de sortie qui "bloque la porte 3, et, en conséquence, arrête le compteur 2. Ainsi, le signal de sortie à modulation par impulsions codées (PCIî) est représenté par le comptage dans le compteur 2, à la fin de la période de codage. 10 Si la relation entre les impulsions de comptage ou le signal d'horloge fQ et l'onde en forme de dent de scie est celle représentée sur la figure 2, on peut voir que pour une période de codage quelconque donnée T, définie par la fréquence d'échantillonnage, le nombre de quantums d'amplitude utilisables est fonction du nombre d'impulsions de comptage qui peuvent se produire au 15 cours de la période de codage totale, L'amplitude de la dent de scie est supérieure à l'amplitude du signal à l'instant à l'intérieur du temps tot„>,l T, et le comptage s'arrête à l'un des instants de déoision d. Les niveaux des quantumB sont définis aux pointB d sur l'onde f de la figure 2 et sont enregistrés séquentiellement dans le compteur. Le comptage ultime est défini par 20 le dernier point d capable de commander la bascule d'entrée du compteur, pour augmenter la résolution, il est nécessaire de définir des temps intermédiaires entre les points d, Comme oela a été indiqué précédemment, ceoi peut être fait simplement en augmentant la fréquence fQ, mais cela n'ést jamais souhaitable. La solution selon l'invention consiste à dériver du train d'impulsions 25 original, c'est-à-dire du signal d'horloge fQ, une composante polyphasée et d' utiliser celle-ci avec la logique pour obtenir la définition de temps intermédiaire additionnel nécessaire. Dans le cas le plus simple, une composante simple tQ biphasée ou en opposition de phase est dérivée, comme oela est représenté sur la.figure 3. On peut montrer comment oette composante, en opposition 30 de phase fQ peut être oomaïutée avec le signal de sortie du comparateur pou» de^ venir des points £ intermédiaires entre les points d» Le codeur modifié est illustré sur la figure 4. Le codeur de la figure 4 utilise le même comparateur 1, le compteur 2 et la porte 3, qui ont été définis en référence avec la figure 1. Il utilise éga- 35 lement un enregistreur à décalage 4 dans lequel le comptage est transféré pour lectuse à la ligne de sortie de code. Cet enregistreur à décalage 4 n'est pas représenté sur la figure 1, bien qu'il soit utilisé ici. Le signal de sortie du comparateur 1 est également appliqué à la porte de blocage 5 avec le train d'impulsions de comptage en opposition de phase f dérivé de l'inverseur 17, c 40 couplé au générateur 18, qui engendre le signal d'horloge normal f . La sortie C 69 08061 4 2004403 f de la porte 5 est utilisée pour commander une "bascule 6 du type J-K. La sortie de la "bascule J-K est reliée à l'enregistreur à décalage 7 dans lequel l'impulsion PCI.I additionnelle est conservée jusqu'à ce que la lecture du compteur principal 2 soit effectuée, quand le "bit supplémentaire est ajouté au 5 comptage dans la position la moins significative. On considère maintenant le fonctionnement du codeur de la figure 4 quand l'amplitude analogique est telle que le temps t tombe entre deux points d. Lo compteur 2 fonctionne comme avant et enregistre un comptage aux points é précédant immédiatement le temps t_. Pendant que le compteur 2 compte de la maniè-10 re normale, lo signal de sortie du comparateur 1 met en service la porte 5 qui permet à la "bascule 6 du type J-K d'être cadencée par fQ. Il est "bon d'expliquer ici qu'une "bascule J-K est une bascule dans laquelle l'état de la bascule est inversé chaque fois que la bascule est déclenchée,dans l'exemple considéré, par une impulsion positive, c'est-à-dire par la forme d'onde en opposition de 15 phase chaque fois qu'elle traverse le point ja. Le signal de sortie PCK combiné du compteur 2 et le bit supplément aire provenant de la bascule 6 se correspondent selon le tableau suivant t Niveau Amplitude f 0 Compteur Bit supplément ^ire Phase 0 0 • d 0000 0 1/2 e 0000 1 1 1 d 0001 1 1 1/2 e 0001 0 2 2 d 0010 0 2 1/2 e 0010 1 3 3 d 0011 1 3 1/2 e 0011 0 4 4 d 0100 0 4 1/2 e 0100 1 5 5 d 0101 1 5 1/2 e 0101 0 6 6 d 0110 0 6 1/2 e 0110 '1 Ainsi, au moyen d'un bit supplémentaire dans le signal de sortie PCM, et d'une petite quantité de logique, la résolution du codeur peut Stre doublée sans avoir besoin de doubler £ ou la vitesse pour laquelle le compteur a fonctionné. Pour augmenter la résolution, pour un facteur de 3, deux phases de 40 comptage additionnel sont nécessaires, l'une à 120°, et une à 240° du train d1 69 08061 5 2004403 impulsions original ou signal d'horloge fQ. De môme, deux séries de logiques additionnelles, semblables à celles de la figure 4» sont néoessaires avec une certaine logique supplémentaire due au fait qu'une décision entre les deux phases de comptage supplémentaires est nécessaire. 5 A l'extrémité de réception du système, un décodeur olassiqrie serait sem blable à celui représenté sur la figure 5» Le signal PCK entrant (sans le bit supplémentaire) est lu d'une manière série dans l'enregistreur a décalage 17, à partir duquel le comptage enregistré est mis en parallèle dans le compteur 8. Au commencement de la période de comptage, le compteur 8 est mis en marche à 10 l'envers, c'est-à-dire qu'il est vidé sous la commande d'un train d'impulsions ou signal d'horloge fQ qui présente la même fréquenoe que le train d'impulsions ou signal d'horloge fQ dans le-codeur. De môme, au commencement de la période de décodage, le générateur 9 commenoe à délivrer une onde en forme de dent de scie identique à l'onde en forme de dent de scie utilisée dans le codeur de la 15 figure 4. Quand le oompteur 8 atteint zéro, le cirouit d'échantillonnage et de maintien est aotionné et l'onde en forme de dent de scie est échantillonnée. La valeur échantillonnée est ainsi équivalente en amplitude à la valeur analogique originale. Pour permettre l'utilisation du bit supplémentaire, délivré par le cir-20 ouit de la figure 4» il est seulement nécessaire d'engendrer à la fois les signaux fQ et fQ et de ohoisir celui qui est approprié pour commander le oompteur 8 de la figure 5j par l'intermédiaire de la porte 11 du type ET. Le circuit nécessaire pour effeotuer oela est représenté sur la figure 6. Le train d'impulsions de base ou signal d'horloge fQ est envoyé directement à la porte 13 du 25 type ET, et, par l'intermédiaire de l'inverseur 12,.à la porte 14 du type ET. L'inverseur 12 délivre le signal d'horloge inversé fo Quand la porte est mise en service, le signal de sortie de cette porte est constitué par le train d'impulsions de commande pour le compteur 8 de la figure 5« Les deux trains d'impulsions alternatifs fg et f sont représentés sur la figure 5. 35 Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-des- sus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que la dite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 69 08061 6 2004403 EBVEHDICATIOîrS 1°) Appareil de conversion et de reconversion analogique digital du type dans lequel les quantums sont définis par l'interaction d'un train d'impuls5c:of? de comptage, et d'une onde en forme de dent de scie, caractérisé en oe qu'il 5 compgrte t - une souroe de train d'impulsions de comptage \ - des premiers moyens couplés à la souroe pour dériver un signal polyjsîiasé du train d'impulsions de comptage j - des seoonds moyens couplés aux premiers moyens pour séleotionner 1© signal 0 polyphasé et le faire réagir avec l'onde en forme de dent de scie quaaà un© amplitude de signal analogique demeure plus proche d'un tempe défini par cette interaction que d'un temps défini par une interaction du train d'impulsions de comptage, et de l'onde en forme de dent de scie. 2°) Convertisseur analogique digital caractérisé en oe qu'il comporte : 5 - une premiers source délivrant un échantillon analogique 5 - une seconde souroe délivrant une onde en forme de dènt de scie ; - une troisième source délivrant un signal d'horloge présentant une..fréquenoe donnée j - des premiers moyens couplés aux première et seconde souroes pour comparer 1' :0 amplitude de l'échantillon avec l'amplitude de ladite onde ; - des moyens de comptage couplés à la troisième source pour oompter la fréquence donnée, à partir du commencement de ladite onde jusqu'à ce que 11amplitude de celle-ci soit égale à l'amplitude de l'échantillon j - dos seconds moyens couplés à la troisième souroe pour engendrer un signal 5 d'horloge polyphasé, présentant une fréquence donnée j - une bascule couplée aux seconds moysns, commandée par le signal d'horloge polyphasé j - des troisièmes moyens couplés aux premiers moyens et à la bascule pour arrêter la bascule quand l'amplitude d© ladite onde est égale a l'amplitude de 1' >0 échantillon § - des quatrièmes moyens couplés à, la bascule et aux moyens de eomptaga pour additionner le signal de sorti© d© la bascule, à la fin de la période de comptage, au signal de sortie des moyens de comptage qui b© présents sous la forme d'un digit supplémentaire f .5 ? ?) Convertisseur selon la revendication 2°), caractérisé en ce que le si gnal d'horloge polyphasé est une version inversée du signal d'horloge normal. 4°) Convertisseur selon la revendication 2°), caractérisé en ce que les seconds moyens comportent un inverseur. 5°) Convertisseur selon la revendication 2°), caractérisé en ce que les i-O troisièmes moyens comportent un© porte ET de blocage ou d'interdiction. 69 08061 7 2004403 6°) Convertisseur selon la revendication 2°), oaractérisé en oe que : - les premiers moyens comportent : - un comparateur d'amplitude engendrant un signal de sortie quand l'amplitude de ladite forme d'onde est égale à l'amplitude de l'échantillon ; 5 - les moyens de comptage comportent j - un compteur "binaire comptant à la fréquenoe donnée ; - un premier enregistreur à décalage, couplé au compteur pour délivrer un signal de sortie codé série, représentant l'amplitude de l'échantillon ; 10 - une première porte de "blocage, présentant une entrée normale, une en trée de "blocage et une sortie, l'entrée de "blocage étant couplée à la sortie du comparateur, l'entrée normale étant oouplée à la sortie de la troisième souroe, et la sortie étant couplée à l'entrée du compteur j - les seconds moyens comportent ion inverseur couplé à la troisième source j 15 - en oe que les troisièmes moyens comportent une seoonde porte de "blooage présentant une entrée normale, une entrée de "blooage et une sortie, l'entrée normale étant oouplée à la sortie de l'inverseur, l'entrée de "blooage étant couplée à la sortie du comparateur et la sortie étant couplée à la "bascule j - les quatrièmes moyens comportent t 20 - un second enregistreur à décalage, couplé à la sortie "un" de la "bascu le | - un conducteur couplé en commun à la sortie des premier et second enregistreurs à décalage. 7°) Convertisseur digital analogique, oaraotérisé en ce qu'il comporte » 25 - une première souroe délivrant une pluralité de digits représentant l'amplitude d'un échantillon analogique et délivrant un digit supplémentaire j - une seoonde source délivrant un signal d'horloge identique au signal d'hoslo-ge du convertisseur analogique digital associé j - des moyens de oomptage couplés à la' première source pour mettre en mémoire 30 les digits de la pluralité de digits j - des premiers moyens couplés à la seconde source pour engendrer un signal d'. - des seconds moyens couplés à la première source, à la seconde souroe, aux premiers moyens et aux moyens de oomptage, pour command.er les moyens de compta- 35 ge par inversion du signal d'horloge ou du signal d'horloge polyphasé qui est choisi par la valeur "binaire du digit supplémentaire ; - une troisième source d'onde en forme de dent de scie identique à l'onde en forme de dent de scie du convertisseur analogique digital associé j - et des troisièmes moyens couplés aux moyens de coaptage et à la troisième 40 source pour échantillonner et conserver l'amplitude de ladite forme d'onde 9 08061 8 2004403 quand le comptage dans les moyens de comptage est réduit à zéro. 8°) Convertisseur selon la revendication J°) caractérisé ©n ce que les premiers moyens comportent un inverseur. 9°) Convertisseur selon la revendication 7°) oaractérisé en ce que les seconds moyens comportent t - un enregistreur couplé à la première source, en réponse au digit supplémentaire j - une 'bascule oouplée à l'enregistreur, en réponse à la valeur binaire du digit supplémentaire 5 - une première porte du type ET présentant une première entrée couplée à la sortie "un" de la bascule, et une seconde entrée oouplée à la seconde source } - une seconde porte du type ET ayant une entrée couplée à la sortie zéro de la bascule, et une seconde entrée couplée aux premiers moyens ; - des moyens de combinaison, couplés en commun aux sorties de chacune des première et seconde portes et combinant leurs signaux de sortie 5 - une troisième porte du type ET présentant une première entrée couplée aux moyens de combinaison, une seconde entrée couplée à la sortie des moyens de comptage et une sortie couplée à une entré© des moyens de comptage. 10°) Convertisseur? s^lon la rovendication 7:)j caractérisé on 00 quo t - les moyens de comptage comportent- j - un enregistreur à décalage couplé à la première souroe pour reoevoir, sous une forme série, les digits de la pluralité de digits j - un compteur binaire couplé à l'enregistreur à décalage pour recevoir sous une forme parallèle les digits de la pluralité de digits } - les premiers moyens comportent un inverseur j - les seoonds moyens comportent 1 - un enregistreur couplé à la première source répondant au digit supplémentaire ; - une bascule couplée à l'enregistreur répondant à la valeur binaire du digit supplémentaire - une première porte du type ET ayant une première entrée oouplée à la sortie "un" de la bascule et une seconde entrée couplée à la seconde souroe ; - une seconde porte du type ET ayant une première entrée oouplée à la sortie "zéro" de la bascule et une seconde entrée oouplée à l'inverseur - des moyens de combinaison couplés en commun à la sortie de chacune des première et seconde portes ET pour combiner leurs signaux de sortie ; - une troisième porte du type ET ayant une entrée oouplée aux moyens de combinaison, une seconde entrée couplée à la sortie du compteur et une sortie couplée à l'entrée du compteur j - les troisièmes moyens comportent t - un circuit d'échantillonnage et de maintien couplé à la troisième source et au compteur pour délivrer le signal de sortie analogique quand le comptage du compteur est réduit à zéro.