Brevet FR2024640A1 — publié le 19700828

l'invention concerne un procédé pour la conversion. analo- gique/numérique selon la méthode de la conversion échelonnée, d'après laquelle la tension de mesure est comparée itérativement avec la somme de tensions partielles qui sont échelonnées selon le code adopté et dont chacune est affectée a une position du code, la tension partielle~immédiatement inférieure-étant couplée lorsque la somme est plus petite que la tension de mesure, tandis que la tension partielle couplée en dernier lieu est découplée et la tension partielle immédiatement inférieure est couplée lorsque }a tension-somme est plus grande que la tension de mesure, un "1" étant inscrit dans les positions du code associées aux tensions partielles couplées. les procédés de conversion de ce genre sont caractérisés par leur vitesse élevée de conversion et par l'équipement relativement réduit qu'ils nécessitent. L'invention a pour but d'accroStre la vitesse ae conversion, sans augmenter notablement l'équipement requis. Pour atteindre ce but, on est parti du fait connu que. la vitesse de conversion d'un -codeur échelonné est essentiellement limitée par les performances du discriminateur qui compare la tension de mesure avec la somme des tensions partielles. Etant donné que chaque phase de comparaison est précédée par un saut de tension, il est nécessaire, par suite de la largeur de bande finie du discriminateur et du convertisseur numérique/analogique qui fournit la tension-somme, de prévoir, en fonction des exigences de précision, un certain temps d'attente åusqu'à ce que la perturbation de commutation se soit évanouie et qu'ante décision exacte puisse être prise.Ce délai d'attente constitue la limite inférieure du temps disponible pour une phase de comparaison. le temps total de codage est donc égal au produit du temps.d'une phase de comparaison et dru nombre de positions de la valeur numérique. La plus grosse perturbation de commutation qui intervient est celle qui se produit au début du traitement de conversion, où le saut de tension est égal à la moitié de la tension maximale de mesure. C'est d'après cette perturbation que le temps disponible pour une phase de comparaison est déterminé dans les codeurs échelonnés connus. Le temps nécessaire pour une phase de comparaison est d'autant plus grand que la mesure doit être plus précise, ctest-à-dire que le nombre des étages du codeur et, par suite, le nombre-des positions de la valeur numérique est grand. Ce temps nécessaire pour une phase de comparaison est proportionnel au carré du nombre de positions de la valeur numérique. Par contre, les temps de transit, qui résultent du positionnement de basculeurs dans un registre à décalage et un registre de résultats, ne croissent que linéairement, de sorte que leur effet sur le temps total de conversion lorsqu'il s'agit de codeurs à mots de grande longueur peut être négligé. Conformément à l'invention, le but ci-dessus défini est atteint par le fait qu1à la suite d'unsnombre prédéterminE de positions du code, correspondant à une période du traitement de conversion, une position de correction avec une tension partielle qui lui est affectée est coup-lée, et par le fait que le résultat de la a conversion analogique/numérique est modifié d'une valeur qui-correspond à la somme de-la tension particulière affectée à la position de correction et d'une tension additionnelle éventuelle, lorsque la somme des tensions partielles des positions du code, de la position de correction et de la tension additionnelle éventuellement couplée est in inférieure à la tension de-mesure.Par l'addition d'une ou de plusieurs positions-de contrôle, les corrections peuvent être effectuées pendant le processus de codage, de sorte qu'une comparaison précise n'est plus nécessaire lors de la première phase. Les temps nécessaires aux phases de comparaison peuvent donc être réduits, étant donné que, dans les premières phases, la précision n'est plus réglée sur la plus petite- unité~, mais sur la grandeur de la tension partielle affectée à la position de correction. Il en résulte donc une réduction du temps total de conversion, malgré l'augmentation du nombre des positions. Selon une autre caractéristique de l'invention-, qui- peut être aussi appliquée indépendamment dans d'autres convertis- seurs échelonnés, le temps de codage est raccourci-par le fait que les tempos pour les phases de comparaison sont choisis d'autant plus courts que les tensions partielles sont faibles. Pour atteindre ce résultat, on est également parti du fait.connu que, pour chaque phase de comparaison, le -délai d'attente jusqu'à ce qu'une décision correcte puisse être prise est d'autant plus long que le saut de tension prél-iminaire a été grand.Par suite des sauts de tension qui deviennent de plus en plus petits d'une phase à l'autre, les temps des phases de comparaison peuvent donc être raccourcis. Il n1 est pas nécessaire que les temps soient raccourcis pour chaque phase, et il peut suffire de choisir des temps égaux pour plusieurs phases de comparaison. En tous cas, on parvient à réduire au maximum le temps total de codage lorsque les temps sont raccourcis pour chaque phase, ces temps décroissant proportionnellement au nombre des phases de comparaison déjà exécutées. Si par exemple le code utilisé est le code binaire, le saut de tension lors de la deuxième phase n'est plus égal qutà la moitié de celui de la première phase et il est divisé par le facteur 2 pour chaque phase ultérieure.Par suite des temps de phase qui deviennent de plus en plus courts, on obtient, en comparaison du procédé de conversion avec des temps constants de phase, une division par deux du temps total, sans qu'il soit nécessaire d'accepter une-perte de précision. -Ltinvention est ci-après décrite en détail et expliquée, ainsi que d'autres avantages et compléments qui s'y rapportent, -en référence au. dessin annexé La fig. l est le schéma de principe d'un système pour la mise en oeuvre du nouveau procédé. Les- fig. 2 et 3 illustrent le nouveau procédé. Dans la figure 1, on a désigné par l un discriminateur qui compare la tension d'entrée UE avec une tension Uy qui est fournie par un convertisseur numerique/analogique 2. Ce dernier est connecté à un registre de résultats 3 qui ne contient que les positions 1,2 ... n/2, n/2+1 ... n usuelles dans les codeurs échelonnés, mais présente en plus une position additionnelle K. Dans l'exemple d'exécution choisi, la valeur numérique doit être représentée en code binaire; en consequence, les poids des étages-du convertisseur numérique/analogique 2 affectés aux positions de code du registre de résultats sont échelonnés selon des puissances-de 2. Le signal de sortie du discriminateur 1 est appliqué à un dispositif de commande d'opération 4 "qui, selon que la tension d'entrée est supérieure ou inférieure à la tension de comparaison Uv, ne fait que coupler la-position immédiate- ment voisine du registre de résultats ou découple en plus la position couplée en dernier lieu. Les temps de phase -sont déterminés par un générateur de synchronisation T. Au début du processus de conversion, qui est déclenché par un signal de départ appliqué à la borne S, non seulement la position 1, mais aussi la position n/2 + 1 sont excitées. La tension de comparaison UV s'élève donc à 1/2 + 2-(n/2+1). Jusqu'à la position n/2 inclusivement, le processus de conversion se déroule comme d'habitude. A ce moment-se produit la mise en service de la position de correction K, dont le poids est de préférence égal à celui delta position gauche voisine dans le registre de résultats, donc égal à 2 n/2 En même temps que la mise en service de la position de contrôle K, la position n/2 + 1 est découplée. Si la tension de comparaison UV est supérieure à la.tension d'entrée UE, la position.de cor- rection K est découplée; si par contre- elle est plus petite, cette position reste couplée et un "1" est additionné au résultat des étages 1 ... n/2 dans un additionneur de "1" non représenté. Le reste du processus de-conversion se déroule comme d'habitude.Au cas oh le nombre de positions du codeur échelonné est grand; on peut parvenir approximativement, avec ce procédé, à une division par deux du temps de conversion en comparaìson des codeurs échelonnés connus. Ce temps peut être encore réduit par l'introduction de plusieurs positions de correction. Selon une autre caractéristique de l'invention, les temps des phases pour les positions i ... K ne sont pas égaux, mais échelonnés. De même, les temps de phase pour les- positions n/2 + 1 ... n sont échelonnés. Par contre, les temps de phase des-positions 1 et n/2 + 1, 2 et n/2 + 2, etc. sont de préfé- rence égaux. On atteint la réduction maximale du temps total de conversion lorsque les temps de phase sont égaux à [n/2 - x + 1) 1n 2 . T, n/2 désignant le nombre de positions, x la position considérée et T la constante de temps du régime transitoire à la suite du couplage d'une position.- .Un.tel échelonnement des temps de phase peut être obtenu- avec un démultiplicateur 5.Celui-ci peut être réalisé par exemple à -la manière d'un compteur en anneau qui délivre -une ..i.mpulsion à chaque tour et dont une position est découplée après chaque tour, de sorte que le temps nécessaire - un. tour se rédnit à chaque tour. A titre de démultiplicateur, on peut aussi utiliser un compteur binaire à circuits décodeurs à partir de chacun desquels sont prélevées les impulsions pour le-teops de phase d'une position. Il n'est pas toujours nécessaire de prévoir un temps de phase particulier pour chaque étage;- des groupes séparés d'étages peuvent avoir le même temps de phase. Dans ce cas, le nombre d'étages du-démultiplicateur peut être réduit. Par exemple, on peut utiliser à titre de démultiplicateur une bascule bi-stable avec les impulsions de sortie de laquelle sont formés les temps de phase pour les positions t ... n/4 ou n/2 + i ... 3/4 n, tandis-que les temps de ph-ase des étages n/4 + 1 ... K ou 3/4 n + 1 ... n sont égaux à la période des impulsions rythmeuses. Il va de soi que ce procédé des temps de phase échelonnés peut être aussi utilisé avec des convertisseurs qui ne contiennent aucune position de correction. Le grphique reproduit dans la fig. 2 représente la tension de sortie du convertisseur numérique/analogique 2 pour une conversion de la valeur analogique 12 avec un codeur échelonné à quatré positions de code et une position de correction. Les poids des positions de code sont échelonnés selon le code binaire, c'es-t-à-dire que la position i a la valeur "8", la position 2 la valeur "4", la position 3 1a valeur "2" et la position 4 la valeur "1".Le poids de la position de correction est égal à celui de la position de code 2, c'est-à-dire égalez "4". Au début, les positions de code 1 et 3 sont couplées, de-sorte que la-tension de coiaparaison se rapproche -exponentionnellement de la valeur " "10". Mais, par suite de la brièveté du temps de phase, cette valeur ntest pas atteinte, de sorte que la comparaison avec la tension de mesure s' effec- tue déjà à la valeur "8". Le discriminateur signale à la commande d'opération que la valeur de mesure n'a pas encore été dépassée par la tension de comparaison et la position 2 est couplée.La tension de comparaison Uy se rapproche exponentionnellement de la valeur "14" et dépasse la valeur "12n avant l'instant de la-comparaison, de sorte que la position 2 est découplée. A ce moment,-la position de correction K est cou- plée et la position de code 3 est couplée, de sorte que la tension de comparaison se rapproche de la valeur "12". Là encore, la comparaison est effectuée avant que la valeur soit atteinte, la position de correction K reste couplée, la position de code 3 est de nouveau couplée. il est constaté que la valeur de mesure a éte dépassée, de sorte que la position 3 est découplée. La position 4 est également découplée.Le résultat provisoire de l'opération de translation est donc 10(1500, la position de correction étant placée entre paren thèses. Le contenu de la position de correction est additionné aux deux positions de codé précédentes, de sorte que le résultat final est 1100 = 12. Pour plus de clarté, le découplage des positions a été exécuté dans cet exemple en une phasme séparée. Il est toutefois évident qu'une position peut etre découplée et que la position suivante peut être couplée dans la même phase. La figure 3 illustre une autre opération de conversion, dans laquelle la valeur analogique .t7 est convertie. Etant donné que la tension de mesure est dépassée à la première phase, la position "1" est découplée. La position "Z" reste couplée. Contrairement -à l'exemple illustré par la figure 2, la valeur de mesure est dépassée lors du couplage de la position de correction, de sorte que cette position est également découplée. Les positions 3 et 4 restent couplées. Le résultat est 01(0)11 et, à titre.de résultat final, on obtient Olll = 7, étant donné que l'addiction du contenu de la position de correction ne produit plus aucun changement. Le nouveau procédé peut être modifié de différentes manières. Ainsi, il est possible de prévoir deux positions de correction, dont l'une fournit une tension de comparaison positive à poids 2-n/2 et l'autre une tension de comparaison négative de même niveau. Selon celle qui est couplée, un "1" à pondération correspondante est ajouté au résultat ou en est soustrait. -Il est également possible de coupler à l'entrée de comparaison du discriminateur une tension constante non réglable dont la polarité est opposée.à celle de la tension de comparaison et qui a la même grandeur que l'étage n/2 + l. Au début de l'opération de translation, cette tension est compensée par couplage de ltétage n/2 + 1. Avec la mise en service de la position de correction, l'étage n/2 + I est déchargé. Si la position de correction reste couplée, il est ajouté au résultat un "1", encore avec le poids approprié; autrement, un ill est soustrait du résultat. Dans le-cas où il- est établi de façon sûre que des erreurs ne surviennent que dans un sens, il suffit de prévoir une seule position de correction, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à une autre position pour la correction. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Procédé pour la conversion analogique/numérique selon la méthode de ia conversion échelonnée, d'après laquelle la tension de mesure est comparée pas à pas avec la somme de tensions partielles qui sont échelonnées selon un code et dont chacune est affectée à une position du code, la tension partielle immédiatement inférieure étant couplée lorsque la somme est plus petite que la tension de mesure, tandis que la tension partielle couplée en dernier lieu est découplée et la-tension partielle immédiatement inférieure est couplée lorsque la tension-somme est plus grande que là tension de mesure, un "1" étant Inscrit dans les positions du codessociées aux tensions partielles coupIées, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'à la suite d'un nombre prédéterminé de positions de code (n/2) correspondant à une période du processus de conversion, une position de correction (K) avec une tensionpartiel-le (2 -n/2) qui lui est affectée est couplée etle résultat de la conversion analogique/numérique est modifié d'une valeur qui correspond à la tension partielle affectée à la position de correction, lorsque la somme (Uv) des tensions partielles affectes aux positions de code (1 .. n/2) et à la position de correction (K) est inférieure à la tension de mesure (UE). 2.-' Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au début d'une période du processus de conversion, on couple une tension additionnelle (2 n/2- l) qui est égale à la moitié de la tension partielle (2-n/2) affectée à la position de correction (K) et qui est découplée lors du couplage de la-position de correction (K). 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tension additionnelle (2-n/2+1) est la tension partielle affectée à une position de code (n/2+1). 4.- Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le faitique la tension partielle (2-n/2) affectée à la position de correction (K) est égale à la tension partielle de la position de code (n/2) qui a étécouplée avant le cou- plage de la position de correction (K) lors de la dernière comparaison de la tension-somme (Uv) avec la tension de mesure (UE) et qu'au cas où la tension-somme (Uv) formée des tensions individuelles des positions de code (1 ... n/2) et de la position de correction (K) est inférieure à la tension de mesure (UE), un "l" avec le poids correspondant à cette position de code est ajouté au résultat. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand la somme (Uv) des tensions partielles affectées aux positions de code (1 ... n/2) et à la position de correction (K) est supérieure à la tension de mesure (UE), la tension partielle de la position de correction est découplée, une tension partielle de grandeur égale et de polarité opposée est couplée et le résultat est diminué de la valeur correspondant à la tension partielle de polarité opposée. 6. - Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'.une tension partielle non réglable, ayant la.Eola- rité opposée à celle des autres- tensions partielles, est ajoutée à la tenslon-sommè qui est tout d'abord compensée par une tension de même grandeur et de polarité opposée, et par le fait que lors du couplage de la position de correction, la tension deNcompensation est découplée et qu'il est couplé une tension de grandeur double qui est découplée lorsque la somme des tensions partielles et de cette tension dépasse la valeur de mesure. 7.- Procédé de conversion analogique/numérique selon la méthode de la conversion échelonnée, d'après laquelle la tension de mesure est comparée pas à pas avec la somme de tensions partielles qui sont échelonnées selon le code utilisé et dont chacune est' affectée à une position de code, la tension partielle immédiatement inférieure étant couplée lorsque la somme est inférieure à la tension de mesure, tandis-que la tension partielle couplée en dernier lieu est découplée et la tension partielle immédiatement inférieure est couplée lorsque la tension-somme est supérieure à la tens-ion de mesure, un "l" étant inscrit dans les positions de code associées aux tensions partielles couplées, en particulier selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que les temps pour les phases de comparaison sont choisis d'autant plus courts que les tensions partielles sont faibles et que la précision exigée à la comparaison est réduite. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les temps pour les phases de comparaison diminuent en proportion du nombre des comparaisons effectuées.