Brevet FR2030097A1 — publié le 19701030

i 2030097 L'invention se rapporte aux convertisseurs analogue-numérique intégrateurs à double rampe, notamment aux voltmètres numériques. Dans de tels convertisseurs, la tension d'entrée est appliquée à un circuit intégrateur pendant un premier intervalle de teraps; défini par un nombre prédéterminé 5 d'impulsions d'horloge, puis une tension de référence de polarité opposée est substituée à ladite tension d'entrée jusqu'à ce que la.sortie du circuit intégrateur soit ramenée au niveau existant au commencement du premier intervalle, déterminant ainsi un second intervalle pendant lequel les impulsions d'horloge sont comptées de manière à donner une mesure numérique de la ten-10 sion d'entrée. De tels convertisseurs sont connus, notamment par le brevet français 1.mais des difficultés apparaissent du fait d'erreurs introduites par les commutations de tension à l'entrée du circuit intégrateur d'une part, et de la détermination de la polarité de la tension d'entrée, particulièrement aux bas niveaux, d'autre part. 15 Selon la présente invention, un convertisseur analogue-numérique à double rampe, du type défini ci-dessus comprend un circuit-délai fonctionnant à la fin du premier' intervalle de manière à retarder l'application de la tension de référence au circuit intégrateur et, par là l'instant de démarrage du second intervalle. Le retard peut être petit par rapport à la durée du pre -20 mier et du second intervalle, par exemple de quelques dizaines de microsecondes, le premier intervalle étant de l'ordre de 20 millisecondes, mais un tel délai suffit pour permettre au circuit intégrateur de se stabiliser après le retrait de la tension d'entrée. On préfère effectuer la détermination de la polarité du signal 25 de sortie du circuit intégrateur pendant le délai ci-dessus, lorsque les conditions de stabilité de celui-ci sont réalisées. Dans les voltmètres numériques, et autres .convertisseurs analogue-numérique connus, cette détermination est faite pendant le premier intervalle, mais si la tension d'entrée est très faible, les bruits de fond.peuvent fausser la détermination de la 50 polarité, ç'est-à-dire que le bruit peut inverser le signal de sortie au moment crucial et ainsi provoquer une décision erronnée pour la polarité. Ceci est vrai même si le bruit est intégré sur toute la durée du premier intervalle par la technique connue qui consiste à rendre cet intervalle égal à la période du secteur (20 ms pour 50 Hz). De préférence, ledit délai comprend 35 deux parties : un premier délai pendant lequel le signal de sortie de l'intégrateur se stabilise, et à la fin duquel la détermination de polarité est 69 41489 2 2030097 faite, et la polarité de la tension de référence choisie, et un second délai qui permet aux conditions d'entrée de se stabiliser à la suite de la sélection de la polarité de la tension de référence. . L'invention sera décrite plus en détail, à titre d'exemple non > 5 limitatif, en référence aux schémas ci-après dans lesquels ; .la figure 1 eat le diagramme synoptique d'une réalisation utilisée comme voltmètre numérique. " la figure 2 montre line forme d'onde, ici le niveau de sortie du circuit intégrateur. 10 A la figure 1, tous les interrupteurs représentés sont des tran sistors à effet de champ. La tension d'entrée inconnue est appliquée à une borne 10 reliée à travers ion amplificateur d'entrée"16 et un interrupteur 18 à un circuit intégrateur comprenant un.amplificateur opérationnel 12, une - ; résistance d'entrée 20 et une capacité de contre-réaction 14. L'interrupteur 15 18 est fermé; au temps t^, marquant le début dudit premier intervalle, par une bascule bistable 22 qui est commutée à l'état actif par une impulsion de démarrage appliquée de façon connue sur son entrée 2h. La sortie de la bascule 22 autorise le fonctionnement d'une porte ET 26, par l'intermédiaire de la porte OU 28 et des impulsions d'horloge venant d'un générateur d'impul-20 sions chronométriques 30 sont alors appliquées à un compteur 32. Le compteur 32 compte alors, un nombre prédéterminé d'impulsions d'horloge, puis fournit . un signal de sortie pour la mise à l'état passif de la bascule 22, le compteur étant alors à un niveau de référence qui peut être zéro. Cela se produit à la fin du premier intervalle, soit au temps tg. A cet instant; le signal 25 de sortie de l'amplificateur intégrateur 12 est à sa valeur maximale, représentée à la figure 2. . Le signal de sortie- de la bascule 22 ouvre l'interrupteur 18 et déclenche un circuit retard D-^, dont le retard peut être de 10 microsecondes, donnant ainsi un délai suffisant au-signal de sortie de l'intégrateur pour 30 se. stabiliser.après'l'ouverture de 1'interrupteur 18. Le délai est représenté à la figure 2, commençant .à: l'instant t2 et finissant à ty On peut noter que l'échelle des temps de t. à t_ dans la figure 2 est-fortement dilatée 2 5 \ par rapport aux durées de tr à t.. et de tr à t-, Au >• temps ti on peut . 1 2 5 6 3> "~ admettre de façon certaine que le signal de sortie de l'amplificateur inté-35 grateur 12 est stable et ainsi un comparateur d'amplitudes^ de type connu 34, tel qu'un amplificateur différentiel suivi d'un circuit-bascule -détermine 69 41489 3 2030097 si ledit signal est au-dessus ou au-dessous du potentiel de masse supposé être le niveau de référence et fournit un signal 1 si la tension d'entrée intégrée est positive ou un signal 0 si la tension intégrée est négative. Le signal de polarité est inversé par une porte OU 36. 5 Deux autres retards Dg et sont introduits à la fin de D^, qui peuvent être respectivement de 1 à 20 microsecondes (ils se terminent en t^ et t,. dans la figure 2). Deux portes ET 38 et 39 reçoivent des impulsions d'échantillonnage d'une microsonde de durée, fournies pair le circuit-délai Dg . Ces portes reçoivent en outre respectivement les signaux de pola-10 rité inversée et non inversée fournis par l'inverseur 36 et le comparateur 34. La porte 38 fournit un signal de sortie 0 si la tension d'entrée est positive, tandis que la porte 39 fournit line sortie 1. Si la tension d'entrée est négative, ces signaux sont inversés. Ces signaux de sortie sont appliqués à un circuit basculeur composé de deux portes ET 40 et 41, connectées de tel-15 le sorte que la sortie de l'une est ramenée à l'entrée de l'autre. A l'apparition de l'impulsion d'échantillonnage, les signaux de polarité sont introduits dans le circuit-baseuleur. Quand la tension d'entrée est positive, la porte 40 délivre continuellement un signal 1, quand elle est négative, ce signal 1 apparaît à la sortie de 41. 20 Pour une tension d'entrée positive, la sortie de la porte 50 est maintenant 0 puisque la sortie du comparateur 34 et la sortie de la porte 40 sont toutes deux 1. La sortie de la porte 51 est à cet instant 1 puisque les sorties des portes 41 et 36 sont 0. Pour une polarité négative la sortie de la porte 50 est 1 et celle de la porte 51* 0. Dans les deux 25 cas, la sortie de la porte suivante ET 52 est par conséquent 1, à la fin de Dg. Si la tension d'entrée est positive, la porte 40 ferme un interrupteur 42 afin d'appliquer une tension de référence négative venant de la borne 44 à 11amplificateur 12, à travers un interrupteur supplémentaire 46. 30 Si la tension d'entrée est négative, la porte 41 ferme un interrupteur 43 afin d'appliquer une tension de référence positive venant de la borne 45 à l'amplificateur 12, à travers l'interrupteur 46. L'interrupteur 46 n'est fermé qu'à l'instant t_, c'est-à-dire à la fin du retard fourni par D_, 5 3 lorsqu une bascule bistable 48 passe à l'état actif. Ce retard supplémentaire 35 donne au convertisseur le temps nécessaire pour réaliser de façon satisfaisante la détermination de la polarité de la tension d'entrée et la sélection de la polarité de la tension de référence. 41489 4 2030097 L'instant t_ marque le commencement du second intervalle au 5 cours duquel la tension de référence choisie ramène la sortie de l'intégrateur au niveau de référence. Les impulsions d'horloge sont alors comptées puisque le signal de sortie de la bascule 48, tout en fermant l'interrupteur 46, autorise le fonctionnement de la porte ET 26, à travers la porte OU 28. La fin du second intervalle est marquée par le passage du signal, de sortie de l'intégrateur à travers le niveau de référence au temps tg (figure 2). A cet instant, le signal de sortie du comparateur s'inverse, entrainant les signaux de sortie des deux portes ET 50 et 51 à devenir 1. Du coup, la porte suivante ET 52 reçoit deux signaux d'entrée 1, son signal de sortie devient 0 et remet à l'état passif la bascule 48. Le comptage des impulsions d'horloge cesse et à cet instant le nombre emmagasiné dans le compteur 32 représente l'amplitude de la tension d'entrée. Ce nombre est affiché par des moyens conventionnels sur un circuit d'affichage 54, par exemple sur des tubes indicateurs numériques, puis le compteur 32 remis à zéro d'une façon connue pour être prêt pour la mesure suivante. La polarité de la tension d'entrée est affichée de façon connue par un circuit d'affichage de polarité commandé par le signal de sortie de la porte 40 au temps t^. L'affichage 56 illumine un signe moins quand le signal de la porte 40 est 0. Si le nombre d'impulsions comptées pour déterminer le premier intervalle n'est pas tel que le compteur 32 prend la valeur zéro à tg, le compteur peut être ramené à zéro par l'impulsion de Dg. Les délais D-, D. et D, peuvent être, soit réalisés par des mul-123 tivibrateurs monostables, soit obtenus de façon numérique à partir des impulsions d'horloge, chaque délai étant établi par comptage d'un nombre prédéterminé d'impulsions d'horloge. L'invention peut être mise en oeuvre, lorsque selon des techniques connues, les impulsions d'horloge sont comptées de façon différente pendant lé second intervalle, en fonction de la polarité de la tension d'entrée, par exemple pour linéariser les signaux de sortie de certains transducteurs. Il est alors essentiel de connaître la polarité du signal d'entrée avant le second intervalle afin de sélectionner correctement le mode de comptage. L'invention rend cela possible, et à cet effet, le délai entre la détermination de la polarité en t, et le commencement t_ du second inter-yv 3 5 valle peut etre étendu autant que cela est nécessaire en augmentant le retard 41489 5 2030097 REVENDICATIONS 1. Convertisseur analogique-numérique du genre comprenant des moyens d'intégration, une source d'impulsions chronométriques, des moyens pour compter un premier nombre prédéterminé d'impulsions afin de déterminer un premier intervalle de temps, des moyens pour appliquer le signal analogique d'entrée aux dits moyens d'intégration pendant ledit premier intervalle, de manière à amener le signal de sortie desdits moyens d'intégration à s'écarter d'un niveau de référence; une source de signal de référence de polarité opposée à celle du signal analogique; des moyens pour appliquer ledit signal de référence aux dits moyens d'intégration pour ramener ledit signal de sortie audit niveau de référence pendant un second intervalle, faisant suite audit premier intervalle; des moyens sensibles au signal de sortie dudit intégrateur pour détecter la restauration dudit signal de sortie audit niveau de référence de manière à terminer ledit second intervalle; des moyens pour compter lesdites impulsions chronométriques pendant ledit second intervalle et ainsi fournir une représentation numérique du signal analogique d'entrée, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit-délai sensible aux moyens de comptage déterminant la fin dudit premier intervalle, ledit circuit-délai étant destiné à introduire un retard à l'application dudit signal de référence aux dits moyens d'intégration, de manière à ménager un délai entre la fin dudit premier intervalle et le commencement dudit second intervalle. 2. Convertisseur analogique-numérique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'intégration sont constitués par un ampli-cateur intégrateur auquel sont associées une résistance d'entrée et une capacité de contre-réaction. J. Convertisseur analogique-numérique du genre comprenant un circuit intégrateur, une source d'impulsions chronométriques, des moyens pour compter un premier nombre d'impulsions chronométriques pendant un premier intervalle, et pour signaler la fin dudit premier intervalle; des moyens pour appliquer le signal analogique d'entrée audit circuit intégrateur pendant ledit premier intervalle et pour amener la sortie dudit circuit intégrateur à ëécarter du niveau zéro; deux sources de signaux de référence de polarités respectivement opposées; des moyens pour détecter la 41489 o polarité du signal de sortie dudit circuit intégrateur, des moyens pour mettre en mémoire la polarité détectée et pour sélectionner en consé -quence un desdits signaux de référence; des moyens pour appliquer le signal de référence sélectionné audit circuit intégrateur, de manière à ramener à zéro la sortie dudit intégrateur pendant un second intervalle faisant suite audit premier intervalle; des moyens pour amener les-dits moyens de comptage à compter les impulsions chronométriques pendant ledit second intervalle de manière à fournir une représentation numérique de l'amplitude dudit signal analogique d'entrée, caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit-délai déclenché par lesdits moyens de comptage signalant la fin dudit premier intervalle, ledit premier circuit-délai étant adapté à rendre active ladite mémoire de sorte que celle-ci n'emmagasine la polarité détectée et ne sélectionne le signal de référence qu'un temps déterminé après la fin dudit premier intervalle. 4. Convertisseur analogique-numérique selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'un second circuit-délai disposé à la suite du premier est adapté à retarder l'application dudit signal de référence sélectionné audit circuit intégrateur pendant un temps déterminé après la mise à l'état actif de la mémoire. 5. Convertisseur analogique-numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que à la fin du premier délai, la tension de référence sélectionnée est connectée à l'entrée du circuit intégrateur mais ne lui est effectivement appliquée qu'à la fin du retard fourni par ledit second circuit- . délai.