Brevet FR2132637A1 — publié le 19721124

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour convertir un signal analogique en un signal "binaire, ainsi qu'à me application de ce procédé. Les signaux binaires conviennent particulièrement 5 bien pour l'élaboration et le traitement d'informations représentées par des signaux électriques. Toutefois, dans un grand nombre de cas, ces informations sont d'abord représentées par ion signal analogique qu'il est, par conséquent, nécessaire de transformer en un signal binaire. Il existe déjà des conver-10 tisseurs analogique /binaire convenant à cette fin. Dans ces convertisseurs analogique /binaire connus, la transformation du signal analogique s'effectue avec le concours d'un ou de plusieurs dispositifs à seuil, à l'entrée desquels est appliqué le signal analogique et dont la sortie est reliée à un ou 15 plusieurs basculeurs. Lors du dépassement en plus ou en moins des valeurs de seuil pré-établies, les basculeurs mentionnés changent d'état et à leur sortie apparaît une suite d'impulsions et d'intervalles d'impulsions qui sont fonction de l'allure du signal d'entrée analogique. Le plus souvent, ces con-20 vertisseurs analogique/binaire connus donnent des résultats satisfaisants. Toutefois, dans certains cas et en particulier quand le signal d'entrée d'un tel convertisseur contient, en plus du signal utile, un signal parasite dont l'amplitude n'est pas négligeable, le fonctionnement de ces convertisseurs analo-25 gique/binaire connus devient aléatoire car le signal parasite peut, lui aussi, engendrer des impulsions ou des intervalles d'impulsions dans le signal de sortie. La présente invention s'est fixé pour but d'apporter un procédé pour convertir un signal analogique en un signal 30 binaire qui permet d'éviter que certains signaux parasites, aient une influence nuisible sur le signal de sortie. L'invention s'est, en outre, fixé pour but de réaliser un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon l'invention, un procédé pour convertir un si-35 gnal analogique en un signal binaire est caractérisé en ce qu'en différencie en fonction du temps le signal analogique, le cas échéant, après amplification, en formant ainsi un second signal analogique qui est proportionnel au premier quotient différentiel en fonction du temps du premier signal analogique, et en 72 07526 2 2132637 ce qu'oïl compare le second signal analogique, le cas échéant après amplification, à une grandeur de seuil tant positive que négative, et qu'on forme pendant l'intervalle de temps compris entre l'instant du dépassement de la grandeur de seuil positive 5 et celui du dépassement de la grandeur de seuil négative une première sorte de signal binaire, et pendant le reste du temps une seconde sorte de signal binaire. L'invention comprend aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus qui est caractérisé en ce qu'il 10 comprend un différentiateur qui est conçu et réalisé pour former, à partir du signal analogique qui lui est appliqué, un second signal analogique qui est proportionnel au premier quotient différentiel en fonction du temps de ce premier signal analogique, ce différentiateur étant suivi d'un dispositif à seuil qui 15 est conçu et réalisé pour comparer le second signal analogique avec une grandeur de seuil positive et négative et pour produire pendant l'intervalle de temps compris entre l'instant du dépassement de cette grandeur de seuil positive et celui du dépassement de la grandeur de seuil négative, une première sorte de si-20 gnal binaire et pendant le reste du temps, une seconde sorte de signal binaire. L'invention couvre, en outre, l'application du procédé mentionné pour convertir le signal de sortie analogique d'un dispositif de lecture en un signal binaire. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : - la Fig. 1 est une représentation simplifiée d'une 30 information codée ; - la Fig. 2 représente le signal binaire qu'on voudrait obtenir par la lecture de l'information codée de la Fig.1; - la Fig. 3 montre le signal de sortie analogique d'un lecteur de code ; 35 - la Fig. 4- est un exemple du signal de sortie pouvant apparaître à la sortie d'un lecteur de code quand des tensions parasites sont présentes ; - la Fig. 5 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation de l'invention ; 72 07526 5 2132637 - la Fig. 6 est un schéma de principe plus détaillé d'un autre exemple de réalisation j - la Fig. 7 est un schéma d'un dispositif à seuil ; et, - la Fig. 8 est un diagramme illustrant l'allure d'un 5 second signal analogique. En se référant à la Fig. 1, on voit une information 1 relativement simple codée en binaire. Celle-ci se compose de barres noires sur un fond blanc. Une première catégorie de signes binaires est figurée par les emplacements blancs, tandis 10 que les signes binaires de la seconde catégorie sont représentés par des emplacements noirs. On peut, par exemple, convenir que les premiers signes binaires représentent la valeur 0 et que les seconds signes binaires représentent la valeur 1 ou inversement. La trajectoire 2 d'un faisceau lumineux d'analyse 15 passant sur l'information 1 s'étend perpendiculairement à celle-ci le long de la voie d'analyse S. Ainsi, les emplacements blancs 3» 4-, 5» 6» 7 réfléchissent une grande quantité de lumière, tandis que la quantité de lumière réfléchie par les emplacements sombres 8, 9» 10, 11 est faible ou nulle. Comme l'on sait, la lumière ainsi réfléchie peut être convertie, au moyen 20 de dispositifs photo-électriques connus, en un signal électrique analogique au moins approximativement proportionnel à l'intensité de" celle-ci. À cause des imperfections pratiquement inévitables tant de l'information codée elle-même que de la méthode d'ana-25 lyse de celle-ci, onubbtient pas immédiatement,comme on le voudrait,un signal binaire ayant l'allure représentée sur la Fig.2. En effet, dans des conditions favorables, le signal de sortie U1 du transducteur photo-électrique peut avoir approximativement l'allure que montre la Fig. 3-30 Or, un signal de sortie ayant l'allure de celui de la Fig. 3 ne peut pas, à l'aide des moyens connus, Stre facilement converti en un signal tel que celui de la Fig. 2. En effet,dans de nombreux cas et, en particulier, lorsqu'on utilise une méthode d'analyse optique, des signaux parasites, dont l'ampli-35 tude est relativement grande, comparativement à celle du signal utile ( voir Fig. 3 ), peuvent apparaître. L'allure temporelle d'un signal ainsi perturbé est représentée sur la Fig. 4. On voit que le signal de sortie U se compose, dans ces conditions, 72 07526 4 2132637 du signal utile U' et du signal parasite U". Un examen attentif des signaux de sortie obtenus dans la pratique, par exemple, lors d'une analyse photo-électrique de signaux codés, montre que dans le cas de l'apparition simul-5 tanée de signaux utiles et de signaux parasites, l'allure du premier quotient différentiel du signal utile est modifiée de façon caractéristique, comparativement à l'allure du premier quotient différentiel du signal parasite. En effet, lors des transitions de 0 à 1 ou de 1 à 0 du signal utile, celui-ci pré-10 sente des flancs relativement raides, tandis que le signal parasite U", malgré une amplitude relativement grande, présente des flancs sensiblement moins abrupts. En conséquence, la présente invention est fondée sur l'idée de traiter la tension de sortie du transducteur photo-15 électrique dans un différentiateur en fonction du temps et, ensuite, de n'utiliser pour former un train d'impulsions que les tensions de sortie de ce différentiateur dont l'amplitude dépasse une valeur pré-établie du quotient différentiel. Toutefois, il est également possible qu'à côté du si-20 gnal utile apparaissent des signaux parasites présentant des pointes de tension speradiques. Or, de telles pointes de tension ne peuvent pas être supprimées par la différentiation mentionnée. De ce fait, elles peuvent avoir pour conséquence des trains d'impulsions erronés. Selon une autre particularité avan-25 tageuse de l'invention, on fait, par conséquent, passer le signal analogique avant ou après sa différentiation, à travers un filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure prédéterminée. Cette fréquence de coupure sera, de préférence, choisie juste assez grande pour que les signaux ayant des flancs raides, com-30 me ceux qu'on est en droit d'attendre lors des passages de 0 à 1 ou de 1 à 0 du signal utile, soient encore situés à l'intérieur de la bande passante du filtre. La constante de temps du différentiateur fixe la limite de la pente des flancs du signal d'entrée pour qu'un signal 35 de sortie du différentiateur ayant une grandeur prédéterminée soit obtenu. D'autre part, la courbe caractéristique de transmission du filtre passe-bas limite la grandeur du signal de sortie lorsque la raideur des flancs creît. 72 07526 5 2132637 On roit donc que le montage en série d'un différentiateur et d'un filtre passe-bas suivis d'un circuit à seuil permet, dans une large mesure, d'éliminer les signaux d'entrée dont les flancs sont trop ou pas assez raides. Ainsi, il est 5 facile pour le technicien averti, dans un cas donné, de réaliser le montage de façon à ne permettre pratiquement qu'aux signaux dont les flancs ont une pente comprise entre des limites prédéterminées de passer. Lorsqu'on utilise l'invention pour évaluer les signaux de sortie ( tels ceux de la Fig. 4- ) 10 produits par un transducteur photo-électrique analysant un signal codé 1 ( voir Fig. 1 ), les données techniques du système d'analyse, telles que la vitesse d'analyse, le diamètre du spot d'analyse, la structure du code, etc ., déterminent les pentes minimale et maximale admissibles du signal utile. Ceci indique 15 aux techniciens les valeurs à adopter pour les composants du différentiateur, du filtre passe-bas et les limites du dispositif à seuil. La Fig. 5 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation de l'invention. Sur'cette figure on voit un conver-20 tisseur analogique/binaire 20 qui comporte deux bornes d'entrée 21 et 22. Entre ces bornes 21 et 22 est appliqué le signal analogique U devant être converti ( voir Fig. 4- ). Le signal U est appliqué, par les lignes 23 et 24-, aux bornes d'entrée 25 et 26 d'un différentiateur 27» Entre les bornes de sortie 28 et 29 25 du différentiateur 27 apparaît un signal qui est proportionnel au premier quotient différentiel en fonction du temps du signal U. Le signal de sortie ïï^ du différentiateur 27 est appliqué, par les lignes 30 et 31» aux bornes d'entrée 32 et 33 d'un filtre passe-bas 34-. Entre les bornes de sortie 35 et 36 30 du filtre 34- apparaît un signal de sortie U2 • Dans ce signal U2 ne sont plus présents les signaux parasites dont les flancs ont une pente supérieure à la fréquence de coupure du filtre passe-bas 34-. Le signal de sortie U2 ^-u filtre passe-bas 34-est appliqué par les lignes 37 et 38 aux bornes d'entrée 39 et 35 40 d'un dispositif à seuil 4-1. Entre les bornes de sortie 4-2 et 4-3 du dispositif 4-1 apparaît un signal de sortie ayant l'allure de celui de la Fig. 2. Le signal de sortie du dispositif à seuil 4-1 est appliqué, par les lignes 44- et 4-5, aux bornes de sortie 46 et 4-7 du convertisseur analogique/binaire 20. 72 07526 6 2132637 Le signal de sortie U^ est constitué par une suite d'impulsions rectangulaires dont les flancs correspondent, au moins approximativement, à ceux du signal utile d'entrée U. La Fig. 6 montre un schéma électrique détaillé d'un 5 autre exemple de réalisation. Il est à noter qu'on a adopté sur les Fig. 5 et 6, les mêmes références pour désigner les éléments correspondant à ceux des figures précédentes. Le signal d'entrée analogique U est appliqué entre les "bornes d'entrée 21 et 22. Un étage cathodyne comportant un transistor 48 sert d'adaptateur 10 d'impédances entre l'entrée, de préférence, à grande résistance ohmique, du convertisseur analogique/binaire 20 et l'entrée à faible résistance ohmique du différentiateur 27» La base du transistor 48 est reliée, à travers une résistance 49, à la ligne neutre ou de masse 23, tandis que l'émetteur du transistor 48 15 est connecté, à travers une résistance 50, à une ligne 51 portée à - 6 V. La borne d'émetteur du transistor 48 représente la borne d'entrée 26 du différentiateur 27. Le différentiateur 27 se compose d'un condensateur 52 auquel fait suite l'entrée d'un amplificateur à contre-réaction 20 comportant un transistor 53» une résistance de base 54, une résistance d'émetteur 55, une résistance de collecteur 56 et une résistance de contre-réaction 57• La borne d'émetteur 58 du transistor 53 est connectée, à travers un condensateur 59, à la ligne de masse 23. La borne de collecteur du transistor 53 repré-25 sente la borne de sortie 29 du différentiateur 27. Un condensateur de liaison 60 relie le différentiateur 27 à un étage d'amplification 61. L'étage d'amplification 61 comprend un transistor 62 dont la base est reliée, à travers une résistance 63, à la ligne de masse 23. L'émetteur du transistor 62 est relié à 30 travers tuie résistance 64 à la ligne de -6 V 51. A travers une résistance 65, le collecteur du transistor 62 est relié à une ligne de + 12 V 66. En outre, l'émetteur du transistor 62 est relié, à travers un condensateur 67, à la ligne de masse 23. La borne de collecteur du transistor 62 est reliée, à travers un 35 second condensateur de liaison 68, à la borne d'entrée 33 du filtre passe-bas 34. Dans le présent exemple de réalisation, le filtre passe-bas 34 se compose d'un condensateur d'entrée 34À, d'un condensateur de sortie 34B et d'une inductance 34C reliant J 72 07526 7 2132637 en courant continu la borne d'entrée 33 à la borne de sortie 36. Peur fixer la tension de repos de la borne de sortie 36 du filtre 34, la borne d'entrée 33 est reliée à travers une résistance 69 à la ligne de masse 23. 5 Les flancs ascendants et descendants du signal d'en trée U ( Fig. 4 ) du convertisseur analogique binaire résultant de l'analyse de l'information codée 1 ( Fig. 1 ) développent à la borne de sortie 36 du filtre passe-bas des impulsions orientées vers le positif ou le négatif. Ces impulsions sont appli-10 quées, par la ligne 38, à la borne d'entrée 40 du dispositif à seuil 41. Ce dispositif 41 a pour fonction de former pendant l'analyse des parties blanches ou noires de l'information codée un train d'impulsions tel que celui de la Fig. 2 à partir des impulsions positives ou négatives qui lui sont appliquées. 15 On va décrire maintenant le montage et le fonctionne ment d'un exemple de réalisation d'un dispositif à seuil 41 approprié en regard de la Fig. 7. Les éléments correspondants ont été désignés sur la Fig. 7 par les mêmes références que sur les figures précédentes. La ligne 38 relie la borne d'entrée 40 à 20 la borne de sortie 36 du filtre passe-bas 34. La borne 40 est reliée par une ligne 71 à une première entrée 72 d'un amplificateur différentiel 73 faisant fonction de comparateur de tensions. La seconde entrée 74 de l'amplificateur 73 est reliée à travers une ligne 75 et une résistance 76 au curseur 77 d'un 25 potentiomètre 78. Ce curseur 78 est relié, d'une part, à travers une résistance 79, à la ligne de + 12 V 66 et, d'autre part, à la ligne de 0 volt 23. Le condensateur 80 branché entre la seconde entrée 74 et la masse détourne les tensions parasites de l'entrée 74. L'amplificateur différentiel 73 est connecté, par 30 les lignes 81 et 82 respectivement à des pointes + 12 V et - 6V. Le seuil de réponse de l'amplificateur 73 peut être réglé au moyen du curseur 77 du potentiomètre 78. D'autre part, le montage de l'amplificateur 73 est étudié de manière que sa tension de seuil soit positive. 25 D'une manière analogue, la borne d'entrée 40 est re liée par une ligne 83 à une première entrée 84 d'un amplificateur différentiel 85 opérant en comparateur de tensions. La seconde entrée 86 de l'amplificateur 85 est reliée par une ligne 87 et une résistance 88 au curseur 89 d'un potentiomètre 90. Le 72 07526 a 2132637 potentiomètre 90 est branché entre la ligne de - 6 V 51 et la ligne de masse 23. Un condensateur 91 branché entre la seconde entrée 86 et la masse détourne les tensions parasites de l'entrée 86. L'amplificateur différentiel 85 est connecté par les 5 lignes 92 et 93 respectivement à + 12 V et à - 6 V. La tension de seuil de l'amplificateur 85 peut être réglée au moyen du curseur 89 du potentiomètre 90. Le montage de l'amplificateur 85 est conçu pour que sa tension de seuil soit négative. Ainsi, l'amplificateur différentiel 73 sert à l'élabo-10 ration des impulsions positives, tandis que 1'amplificateur différentiel 85 élabore des impulsions négatives du signal La sortie 94 de l'amplificateur 73 est reliée, par un condensateur 95 et un circuit NON ou un inverseur 96 à l'entrée 97 d'un circuit ET-NON 98. L'entrée de l'inverseur 96 est reliée, 15 à travers une résistance 99» à la ligne de masse 23. La sortie 100 de l'amplificateur 85 est reliée, par un condensateur 101 et un circuit NON ou un inverseur 102, à l'entrée 103 d'un second circuit ET-NON 104. L'entrée de l'inverseur 102 est donnec-tée, à travers une résistance 106 à la ligne de masse 23. 20 Les deux circuits ET-NON 98 et 104 sont interconnectés, selon xm schéma connu, pour former un basculeur 105 dont la sortie 43 est reliée, par une ligne 45, à la borne de sortie 47 du convertisseur analogique/binaire 20. La borne 46 qui est au potentiel de la masse, représente la seconde borne de sortie de ce 25 convertisseur. Le signal U2 appliqué à la borne d'entrée 40 du dispositif à seuil 41 peut, par exemple, avoir l'allure représentée sur la Fig. 8. Sur cette figure 8, la ligne en tirets 106 indique la tension de seuil Ug^ de l'amplificateur 73» tandis que 30 la ligne en tirets 107 indique la tension de seuil Ug2 de l'amplificateur 85. L'allure temporelle de la tension U2 est figurée par la courbe 108. Sur l'axe des temps t, t^ désigne l'instant auquel, pendant le premier flanc ascendant du signal U ( Fig. 4 ), le 35 signal U2 dépasse la première tension de seuil Ug^ . Par suite de ce dépassement de la première tension de seuil Ug/p la tension apparaissant à la sortie 94 de l'amplificateur 73» qui était initialement positive, par exemple, de + 12 V, tombe à 0. L'impulsion négative résultante, qui est inversée dans le cir 72 07526 9 2132637 cuit HON 96, provoque le renversement du basculeur 105. Le basculeur 105 reste dans l'état dans lequel il a été ainsi placé jusqu'à l'instant t2 auquel, pendant le premier flanc descendant du signal ïï ( Fig. 4 ), le signal U2 dépasse la seconde tension 5 de seuil ïïgg de l'amplificateur 85, dans le sens négatif. Par suite de ce dépassement, la tension auparavant positive de la borne de sortie 100 de l'amplificateur 85 devient nulle. L'impulsion négative résultante, inversée dans le circuit NON 102, provoque le rebasculement du basculeur 105 à son état initial. 10 Dans les deux états du basculeur 105, sa sortie 43 prend alternativement la valeur logique 1 et 0, correspondant, par exemple, à + 3 V et à + 0,2 ï. Du fait que, par lui-même, le basculeur 105 n'a pas de position de repos définie, il est avantageux d'établir une 15 position de repos préférentielle pour celui-ci en appliquant, à une troisième entrée 109 du basculeur 105 ou du circuit ET-NON 104, une impulsion de commande. Une telle impulsion de commande peut, par exemple, être délivrée par un circuit temporisé déclenché par le signal de sortie du basculeur 105» Ce cir-20 cuit peut, par exemple, être réglé de façon à ramener le basculeur 105 à sa position initiale à l'écoulement d'une période de temps prédéterminée faisant suite à la dernière apparition d'un 1 logique à la sortie de ce basculeur 105 en lui appliquant une impulsion de commande appropriée. 25 Comme amplificateur différentiel 73 et 85, on peut, par exemple, adopter le type LM710 de la Société " National Seaiconducter Corporation " 2950 San Ysidro Way, Santa Clara, Californie, U.S.A. Comme circuits ET-NON 98 et 104, on peut utiliser, 30 par exemple, le modèle SN 7410 de la Société Texas Instruments. 72 07526 2132637 RETEKDICATIOHS 1. Procédé pour convertir un. signal analogique en un signal binaire caractérisé en ce qu'on différencie en fonction du temps, le signal analogique, le cas échéant, après amplifica-5 tion, en formant ainsi un second signal analogique qui est proportionnel au premier quotient différentiel en fonction du temps du premier signal analogique et en ce qu'on compare ce second signal analogique, le cas échéant après amplification, à une grandeur de seuil tant positive que négative et qu'on forme pen-10 dant l'intervalle de temps compris entre l'instant du dépassement de la grandeur de seuil positive et celui du dépassement de la grandeur de seuil négative, une première sorte de signal binaire et pendant le reste du temps une seconde sorte de signal binaire. 15 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on ne forme un signal binaire qu'à partir des premiers signaux analogiques dont les flancs ont une pente inférieure à une valeur prédéterminée. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spéci-20 fié selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un différentiateur qui est conçu et réalisé pour former, à partir du signal analogique qui lui est appliqué, un second signal analogique qui est proportionnel au premier quotient différentiel en fonction du temps de ce premier signal analogique, ce diffé-25 rentiateur étant suivi d'un dispositif à seuil qui est conçu et réalisé pour comparer le second signal analogique avec une grandeur de seuil positive et négative et pour produire, pendant l'intervalle de temps compris entre l'instant du dépassement de cette grandeur de seuil positive et celui du dépassement de ladite gran-30 deur de seuil négative, une première sorte de signal binaire et pendant le reste du temps, une seconde sorte de signal binaire. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend un étage d'amplification précédant le différentiateur et qui, de préférence, fait fonction d'adaptateur 35 d'impédances. 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le différentiateur se compose d'un condensateur auquel fait suite un étage d'amplification à contre-réaction. 6. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en 72 07526 n 2132637 ce qu'un étage d'amplification fait suite au différentiateur. 7» Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'un filtre passe-bas précède ou fait suite au différentiateur. 5 8. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à seuil avec un premier amplificateur différentiel à l'entrée non-inversante duquel le second signal analogique à comparer et à l'entrée inversante duquel me tension positive, déterminant la tension de seuil positive est 10 appliquée, ainsi qu'un second amplificateur différentiel à l'entrée inversante duquel le second signal analogique à comparer esb appliqué, tandis qu'à son entrée non-inversante est appliquée une tension négative déterminant sa tension de seuil négative. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 3 et 8 caractérisé en ce qu'il comprend un basculeur dont l'une des entrées fait suite à la sortie du premier amplificateur différentiel et dont une autre entrée fait suite à la sortie du second différentiel, tandis que sa sortie est reliée à la sortie du convertisseur analogique. 20 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 3 et 9 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit temporisé dont l'entrée est connectée à la sortie du basculeur et dont la sortie est reliée à une autre entrée de ce basculeur. 11. Application du procédé spécifié selon la revendi-25 cation 1 pour convertir le signal de sortie analogique d'un dispositif de lecture en un signal binaire.