Brevet FR2155789A1 — publié le 19730525

La présente invention est relative aux codeurs analogiquenumériques à double polarité. Elle a donc pour objet un codeur analogique-numérique à double polarité, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à rebondissement sur seuil qui comprend en combinaison un générateur de courants constants, programmable, un générateur de courant variable en grandeur et en signe et représentant le signal analogique à coder, à la sortie desquels est connecté, par l'intermédiaire d'un intégrateur, un circuit bistable à seuil, une boucle de réaction étant connectée entre la sortie dudit circuit à seuil et l'entrée dudit générateur programmable, les basculements dudit circuit à seuil dans un premier état étant commandés par des signaux de synchronisation du codeur, tandis que les basculements dudit circuit à seuil dans un second état1 sont provoqués par le signal analogique de sortie de 1'intégrateur, lorsqu'il atteint le niveau du seuil dudit circuit bistable, un générateur de signaux de synchronisation, formé d'une horloge, d'un compteur de O à N et d'un diviseur connectés en cascade, un registre mémoire de sortie connecté aux sorties dudit compteur et un circuit ET dont une entrée est connectée à la sortie du circuit bistable à seuil du circuit à rebondissement sur seuil, dont l'autre entrée est synchronisée par les signaux de ladite horloge et dont la sortie est connectée au registre mémoire de sortie, de manière à provoquer le chargement intermittent du compte dudit compteur dans le registre. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple - la Fig. 1 est un schéma de principe du circuit à rebondissement sur seuil de signaux entrant dans la construction du codeur analogique-numérique suivant l'invention; - la Fig. 2 est un diagramme en fonction du temps des signaux prélevés en divers points du schéma de la Fig. 1; - la Fig. 3 est un schéma de principe du codeur analogique- numérique suivant l'invention; - la Fig. 4 est un diagramme en fonction du temps, montrant le fonctionnement du codeur de la Fig. 3. Le circuit à rebondissement sur seuil, représenté à la Fig. 1, comporte principalement un intégrateur 7 formé d'un amplificateur opérationnel 2 entre une entrée et la sortie duquel est connecté un condensateur 3. L'entrée de l'amplificateur 2 est connectée à la sortie d'un premier générateur de courant programmable 4, capable de délivrer tour à tour deux courants I1 et I2 d'intensités constantes différentes et de polaritéSopposéeS. La sortie de l'intégrateur 1 est connectée à l'entrée d'un circuit bistable 5 à seuil, qui comporte une autre entrée 6 à laquelle sont appliqués des signaux de synchronisation. Le circuit bistable 5, qui peut être par exemple du type fonctionnant selon le principe d'Eccles-Jordan, est connecté à une entrée de commande du générateur 4, par une boucle de réaction 7, de manière à provoquer le choix du courant délivré par celui-ci. Enfin, un second générateur de courant variable 8,proportion- nel à la grandeur à coder est connecté entre le premier générateur 4 et l'intégrateur 1. Afin d'illustrer le fonctionnement du circuit de la Fig. 1, on se reportera au diagramme de la Fig. 2, sur laquelle les courbes (a), (b), (c) et (d) représentent respectivement 1QS signaux de synchronisation appliqués au circuit bistable 5, le niveau de seuil du circuit bistable, le signal de sortie de l'intégrateur 1, et le signal de sortie du circuit bistable. En se référant tout d'abord au niveau de seuil représenté par la droite (b) de la Fig. 2, cette droite définit deux zones A et B de la dynamique de sortie de l'intégrateur. Lorsque la tension de sortie de l'intégrateur atteint la zone A en venant de la zone B, le circuit bistable prend un état "a" qui commande le générateur 4, de manière que celui-ci délivre à sa sortie le courant I2, dont le sens est tel qu'il ramène la sortie de l'intégrateur 1 dans la zone B. Le circuit bistable 5 reste dans l'état "a" jusqu'à ce qu'un signal de synchronisation (a) appliqué à son entrée 6 fasse passer le circuit bistable dans un état "a" qui commande le générateur 4, de manière qul > t sa sortie apparaisse le courant T1 de s1gnt qu'il ramène la sortie de l'intégrateur X de 1 a zone B vers la zone A. Lorsque la tension de sortie de l'intégrateur 1 atteint le seuil (b), on se trouve à nouveau dans les conditions initiales. Le montage de la Fig. 1 se comporte donc comme un conformateur de signaux de synchronisation, si ceux-ci sont périodiques. Les temps T1 et T2, qui correspondent aux états "a" et "a" du circuit bistable à seuil, dépendent des courants I1 et I2, délivrés par le générateur 4, comme le montre le calcul ci-dessous. En considérant les courants I1 et I2 comme paramètres du montage, soient I1 = XI I2 = = -I avec K > 1. Soit T, la période du signal de sortie du circuit bistable 5, définie par deux signaux de synchronisation successifs, appliqués à son entrée 6 et soient T1 et T2, les durées des états "a" et "a" pris par le bistable au cours de la période T. On a alors T = T1 + T2. Soit # V la variation de la tension de sortie de l'intégrateur 7 au-dessous du seuil (b), représentée en (c) à la Fig. 2. #v v peut s'exprimer en fonction de I1, T1 ou I2, T2 par la relation #v = I1 T1 = - I2 T2 qui donne T1 ~ T2 1 2 = I2 I1 Si le générateur de courant 8 applique un courant i représentatif de la grandeur à coder à l'entrée de l'intégrateur avec i ( I, la configuration temporelle des états du circuit bistable 5 dépend de façon linéaire de i. A l'entrée de l'intégrateur, il y a addition des courants I1 ou I2 du générateur 4 au courant i du générateur 8, de sorte que les courants appliqués à l'amplificateur 2 sont donnés par les relations Il = KI + i I'2 = -I + i ce qui donne la relation En supposant que le courant i délivré par le générateur 8 est nul, i = o, l'intervalle de temps et en posant # #T = T1 T T10, on obtient On a constaté que, pour des raisons de stabilité, le fonctionnement d'un tel montage n'est possible que si T1 I2. Dans ces conditions, si l'on donne à l'intervalle de temps T1 une valeur inférieure ou égale à la moitié de la période T du si gnal de sortie du bistable 5, T1 # T/2, le milieu de la plage d'utilisation du montage est défini par T10 = T/4, ce qui correspond d'aprés légalité T T = à K = K0 = 3 4 1 + K et limite la valeur du courant i à |i| On constate que la valeur et la stabilité du seuil n'interviennent pas dans le fonctionnement du montage, de sorte que ce fonctionnement n'est pas influencé par les dérives éventuelles de ce seuil. En reprenant maintenant l'expression (1) on en déduit #T i 1 T = - I . 1 + K Le codeur analogique-numérique représenté à la Fig. 3 comporte un circuit à rebondissement sur seuil. Grâce au circuit de la Fig. 1, en choisissant K = 3, #T i T = - 4 I Le signal de période T appliqué à l'entrée 6 du circuit à rebondissement sur seuil 9 est engendré par un ensemble de circuits comportant une horloge 10 dont le signal de sortie a une période T 4 N un compteur 11 de O à N dont le signal de sortie a une période T et un diviseur 12 par 4, dont le signal de sortie a une période T. T/4 et un diviseur 12 par 4, Le compteur de O à N est relié à un registre mémoire de sortie 13 La sortie de horloge 10 est également connectée à une entrée d'un circuit ET 14 destiné à appliquer au registre 13 des signaux d'ordre de chargement dans celui-ci, des données se trouvant dans le compteur 11, l'autre entrée du circuit ET 14 étant connectée à la sortie du circuit bistable à seuil 5 du circuit de rebondissement sur seuil 9. Le fonctionnement du codeur analogique-numérique représenté à la Fig. 3 va être décrit en référence au diagramme de la Fig. 4, sur lequel sont respectivement représentés en (a ), (b), (c) et (d) le signal d'entrée du diviseur par 4, le signal de sortie de ce diviseur, le signal de sortie de l'intégrateur 1- du circuit à rebondissement sur seuil 9 pour un courant i positif puis négatif. La quantité # #T représente la modification de l'instant de basculement du circuit bistable à seuil dans son second état, ce basculement se produisant lorsque l'intégrateur 1 de la cellule 9, qui reçoit un courant formé par la somme algébrique du courant délivré par le générateur de courant 4 et du courant i délivré par le générateur de courant variable 8, délivre à sa sortie un signal atteignant le seuil du circuit bistable 5, par rapport à l'instant T de basculement v en l'absence du générateur supplémentaire 8. Au moment du basculement du circuit à seuil 5, avec un retard de T/4 + # T par rapport au signal de sortie du diviseur par 4, le contenu du compteur 11, dont les signaux de sortie ont une période T/4, représente un nombre proportionnel à 4 #T/T égal au rapport i/I soit 4 #T i = T I Le compteur 11 passe à zéro tous les T/4. Lors du basculement du seuil, le contenu transféré au registre 13 est représentatif, selon que i est positif ou négatif, de 4 #T/T ou de T/4 - 4 #T/T soit de 4 AT ou du complément à T .Il suffit donc pour interpréter les T résultats de tenir compte de la valeur du bit de poids le plus fort représentatif du signe de i;, s'il est à zéro le contenu du compteur représente directement 4 #T/T et s'il est à un, son complément restreint. Dans le cas d'un compteur 11 dont la capacité est égale à 7, le tableau ci-après illustre les valeurs des courants i déduites en fonction des états du registre 13, le signe du courant i étant donné par le bit de poids le plus élevé Etat du i registre état du registre registre 0 00 0 1 00 -4 O 01 +1 1 01 -3 0 10 +2 1 10 -2 0 11 +3 1 11 -1 Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit du codeur analogique-numérique à sortie binaire, on utilise un seul compteur qui délivre une information codée relative à la valeur et au signe de courant i.Dans le cas où l'on désire présenter les informations en signe et valeur absolue, on remplacera le registre mémoire de sortie 13 par un compteur dans le code désiré (codage décimal par exemple). Ce compteur remis à zéro. toutes les périodes T comptera l'horloge pendant le temps 4 T, le signe résultant de la mise en mémoire de la sortie du compteur binaire 11 à l'instant où l'intégrateur fait basculer le circuit à seuil 5. Le codeur analogique-numérique, suivant l'invention, peut également être utilisé en diviseur à entrée analogique et sortie humérique. Le circuit représenté à la Fig. 1 permet de réaliser la relation et en choisissant K = 3, T T et si i |i| ~~~~~ i Or, la quantité tT est représentative du rapport il suffit alors d'exploiter la quantité #T en analogique ou en numérique comme précédemment dans le codeur. Les dispositifs suivant l'invention se piratent bien à divers modes de réalisation. Ils peuvént être réalisés à l'aide de composants discrets tels que transistors, transistors à effet de champ, transistors métaloxyde-semiconducteur. Ils peuvent également être construits à partir d'éléments intégrés standard, tels qu'amplificateurs et circuits logiques ou bien encore sous la forme de circuits intégrés comportant un plus grand nombre de composants. Ce dispositif a l'avantage d'éliminer la dérive du seuil et est indépendant de la fréquence de l'horloge puisque i est proportionnel à A T D'autre part, étant un codeur à intégration, il présente une bonne linéarité différentielle et est moins sensible au bruit. - REVENDICATIONS. 1 - Codeur analogique-numérique caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à rebondissement sur seuil qui comprend en combinaison, un générateur de courants constants, programmable, un générateur de courant variable en grandeur et en signe et représentant le signal analogique à coder, à la sortie desquels est connecté, par l'intermédiaire d'un intégrateur, un circuit bistable à seuil, une boucle de réaction étant connectée entre la sortie dudit circuit à seuil et l'entrée dudit générateur programmable, les basculements dudit circuit à seuil dans un premier état étant commandés par des signaux de synchronisation du codeur, tandis que les basculements dudit circuit à seuil dans un second état sont provoqués par le signal analogique de sortie de l'intégrateur lorsqu'il atteint le niveau du seuil dudit circuit bistable, un générateur de signaux de synchronisation formé d'une horloge, d'un compteur de O à N et d'un diviseur connectés en cascade, un registre mémoire de sortie connecté aux sorties dudit compteur et un circuit ET dont une entrée est connectée à la sortie du circuit bistable à seuil du circuit à rebondissement sur seuil, dont l'autre entrée est synchronisée par les signaux de ladite horloge et dont la sortie est connectée au registre mémoire de sortie de manière à provoquer le chargement intermittent du compte dudit compteur dans le registre. 2 - Codeur analogique-numérique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal analogique à coder en numérique s'ajoute algébriquement à l'entrée de l'intégrateur au courant délivré par ledit générateur programmable, ledit signal analogique de sortie de l'intégrateur étant variable et l'instant de basculement dudit circuit à seuil étant également variable autour d'une valeur prédéterminée selon l'amplitude et le signe dudit signal analogique à coder délivré par ledit générateur de courant variable. 3 - Codeur analogique-numérique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le compte du compteur correspond, à l'instant du basculement dudit circuit à seuil, à la variation, en fonction de l'amplitude et du signe du courant délivré par ledit générateur de courant variable, de l'instant de basculement dudit circuit à seuil autour de ladite valeur prédéterminée. 4 - Codeur analogique-numérique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, T étant la période du signal de sortie dudit diviseur et ladite valeur prédéteri- née de l'instant de basculement dudit circuit bistable à seuil dans son second état étant choisie égale à T le compte dudit compteur, à l'issue d'un intervalle de temps correspondant à une variation #T T de l'instant de basculement du circuit bistable à seuil autour de T est au plus égal à la moitié de la capacité N dudit comp4 teur. 5 - Codeur analogique-numérique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la capacité N dudit compteur est choisie éga le à un nombre impair, un compte compris entre O et N - i corres- 2 pondant à une valeur positive- du courant émis par ledit générateur supplémentaire, tandis qu'un compte compris entre N + 1/2 et N correspond à une valeur négative dudit courant.