Brevet FR2208251A1 — publié le 19740621

L'invention est du domaine des codeurs servant à convertir un niveau de tension en un train d'impulsions pondérées selon le code binaire. Elle concerne un codeur à haute définition, donc à nombre N de bits élevé, fournissant en deux temps successifs de codage N/2 bits de poids fort, puis N/2 bits de poids faible, et donne les moyens de fournir un code complet à chaque temps de codage. L'invention s'applique à un codage à faible distorsion et faible bruit destiné aux circuits de haute qualité (transmission de la musique, par exemple). Alors qu'un codage à huit bits est considéré comme suffisant pour la transmission téléphonique courante, pour les circuits de haute qualité en particulier circuits "radio", (largeur de bande 15 kHz), on exige une quantification à pas beaucoup plus fin, donc à nombre de bits beaucoup plus élevé, douze ou mne quatorze bits (214 = 16 384). Pour les codages linéaires, du type de celui qui est envisagé ici, on procède avantageusement par comptage des temps d'horloge qui s'écoulent pendant le temps nécessaire pour qu'une capacité chargée au niveau de tension de l'échantil- lon à codeur, se déchargeant dans un circuit à courant constant, atteigne unniveau de tension de référence. Le temps disponible pour opérer le codage d'un échantillon de tension à transmettre étant de l'ordure de 30 us au maximum (cadence d'échantillonnage de 32 kHz pour une bande passante atteignant 15 kHz), le comptage d'un nombre de temps d'horloge de l'ordre de 16000 impose une fréquence d'horloge de l'ordre de 500 Maz. Une telle cadence est incompatible avec l'emploi de composants d'un prix abordable. C'est pourquoi il a été proposé précédemment d'opérer en deux temps : dans une première opération, on effectue un premier codage "poids forts" portant sur N/2 pas de quantification durant N/2 temps d'horloge. La tension résiduelle existant à la fin de cette première opération sur la capacité, est de nouveau quantifiée dans une deuxième opération en 2N/2 pas de quantification "poids faibles" durant encore N/2 temps d'horloge. Pour un codage à 14 bits (16 384 pas de quantification), chaque codage dure 128 temps horloge, soit un total de 256 temps horloge, au lieu de 16 384 temps d'horloge. En fait, si on dispose d'environ 30 microsecondes au total pour coder un niveau, le temps qui peut être consacré au comptage proprement dit ne dépasse pas 20 microsecondes. La cadence d'horloge est ramenée en principe à 12,8 MHz, ce qui est encore trop élevé. Pour obtenir une cadence plus basse, on serait conduit à consacrer un premier cycle de codage à la détermination des bits de poids forts, puis un deuxième cycle de codage à la détermination des bits de poids faibles. Mais dans ces copditions la cadence du codage complet se trouverait abaissée à 16 kHz, au lieu de 32 kHz : la bande passante est diminuée de moitié, ce qui n'est pas admissible. L'invention fournit une possibilité d'extraire un code complet à 14 bits (par exemple) à la fin de chaque cycle de codage, soit à la cadence de 30 microsecondes environ. Le principe consiste à opérer deux codages simultanés pendant un cycle unitaire Ti séparant deux prélèvements d'échantillons, l'un portant sur l'échantil- lon V. qui vient d'être prélevé, fournissant les bits de poids forts dudit échantillon, l'autre portant sur la tension résiduelle recueillie à la fin du codage "poids forts" de l'échantillon précédent, Vi 1 ce codage poids forts ayant été effectué au cours du cycle précédent, T. 1 : à la fin du cycle T. on obtient sur des moyens de mémoire adéquats, N/2 bits poids forts de l'échantillon Vi, N/2 bits poids faibles de l'échantillon Vi 1 ; de même à la fin de la période T. on obtiendra les N/2 bits poids faibles de l'échantillon Vi, qui, avec les N/2 bits poids forts de l'échantillon V. conservés en mémoire, fournissent le codage complet de l'échantillon Vi. Ce codage est obtenu avec un retard de deux cycles T sur le prélèvement de I'échantillon, mais ce retard n'a aucun effet préjudiciable. On va décrire l'invention en détail sur un exemple de réalisation en se référant aux figures annexées parmi lesquelles La figure 1 est un schéma synoptique d'un codeur deux temps selon l'invention. La figure 2 est un diagramme des temps. FIGURE 1 - Un courant électrique variable à coder est appliqué en 1 à un organe de prélèvement d'échantillon 2, de type connu, fonctionnant au temps to, début d'un cycle de codage T.. Un amplificateur 3 abaisseur d'inpédance, de gain unité, peut appliquer sa tension de sortie à un premier condensateur de codage C1 à travers une porte analogique P1. Le condensateur C1 commence à se décharger dans un organe de débit à courant constant 4, de type connu, à travers une porte analogique P2. La tension V1 sur le condensateur C1 est appliquée à une borne d'entrée d'un comparateur 5, qui reçoit sur une autre entrée une tension de référence Vo. La sortie du comparateur 5 est appliquée à une entrée d'une bascule bistable 6, qui reçoit des impulsions d'horloge H sur une borne d'horloge. La bascule 6 est remise à zéro à un temps d'horloge t'1. Sa sortie Q est connectée à une entrée d'une porte ET 7, qui reçoit les impulsions d'horloge H sur une autre entrée. La sortie de la porte 7 est appliquée à l'entrée d'un compteur K1. Le compteur K1 comprend sept étages binaires pour un codage à deux fois sept bits ; mais bien entendu la valeur sept est donnée à titre d'exemple. Son contenu peut être transféré dans un registre R1 à travers un circuit de transfert repré senté de façon symbolique par une porte ET 8. Ce transfert s'opère au temps t'l par une impulsion appliquée à la porte 8. Le compteur K1 est remis à zéro au temps tl, un temps d'horloge après t'1. Le condensateur Cl est connecté à l'entrée d'un amplificateur 9 à haute impédance d'entrée, ayant un gain de l'ordre de 20, qui charge un condensateur de transfert C2 à travers une porte analogique P3. Le condensateur de transfert C2 est relié à l'entrée d'un amplificateur 10 à haute impédance d'entrée qui a un gain de l'ordre de 4. Par une porte analogique P4 un deuxième condensateur de codage C3 peut être connecté à la sortie de l'amplificateur 10. Une porte analogique P5 peut connecter le condensateur C3 à l'entrée d'un circuit de debit à courant constant 11. 12 est un comparateur qui reçoit sur une entrée la tension V3 du condensateur C3, et sur une autre entrée une tension de référence V'o, qui peut être égale à la premiere tension de référence Vo. La sortie du comparateur 12 est appliquée à une bascule bistable 13 qui reçoit les impulsions H et est remise à zéro au temps tl1, comme la bascule 6. K2 est un compteur identique au compteur K1, relié par l'intermédiaire d'une porte ET 14 à la bascule 13, d'une part, et à un registre R2, d'autre part, à travers une porte ET 15, de façon identique à l'ensemble KI-RI. On notera que, dans le cadre de l'invention, les compteurs KI et K2, et les registres associés, n'ont pas obligatoirement le même nombre d'étages. A l'origine, le condensateur C1 se charge au niveau de tension de lléchan- tillon prélevé par 2. Après avoir été chargé, il se décharge dans le circuit à courant constant 4. Sa tension baisse linéairement. Lorsqu'elle arrive au niveau de la tension de réference Vo, le comparateur envoie un signal sur la bascule 6, qui affiche un zéro sur la sortie Q à l'instant d'horloge qui suit le déclenchement du comparateur 5. Les impulsions d'horloge H cessent alors d'arriver sur le compteur Kf (instant lls voir figure 2). Le compteur K1 conserve son état pendant le reste du cycle jusqulà un temps t1 du cycle suivant : au temps ti il est remis à zéro. Un temps d'horloge avant tl (t'1) le contenu du capteur K1 est transféré dans le registre R1. La tension résiduelle VR qui reste sur Ci au temps T1 est transférée sur un condensateur de transfert C2, après amplificateur par 9. Cette opération commence à T1 et dure jusqu'à la fin du cycle. En même temps que le premier condensateur de codage Cl est chargé à partir d'un échantillon prélevé par 2, le deuxième condensateur de codage C3 est chargé à partir du condensateur de transfert C2 à travers l'amplificateur 10 (tension V3). En même temps que CI se décharge dans 4, C3 se décharge dans 11. Cette décharge dure jusqu'à un temps T2 et prend fin par un processus semblable à la fin de la décharge de Cl. Bien entendu, 12 peut survenir soit avant Tl, soit apres T. Dans ce dernier cas, en l'absence de C2, on devrait transférer la charge résiduelle de C1 directe ment sur C3, mais c'est impossible puisque C3 n'a pas fini de se décharger. Le condensateur de transfert C2 est donc indispensable pour un fonctionnement correct de l'appareil. Bien qu'il y ait une dénivellation de 128 entre le niveau poids fort maximal et le niveau poids faible maximal, la tension résiduelle sur C1 est amplifiée dans un rapport de 8Q seulement (gain de 20 de l'amplificateur 9, gain de 4 de l'amplificateur 10), car les conditions de bruit de fond du comparateur sont moins critiques pour le codeur poids faibles. On a avantage à donner à l'amplification la valeur juste nécessaire, on gagne ainsi en vitesse de temps d'établissement. FIGURE 2 - La figure 2 est un tableau montrant l'état des diverses portes analogiques en fonction des temps portés sur un axe. Les portes passantes sont marquées +, les portes non passantes sont marquées -. Dans une forme préférée d'application de llinvention, le cycle de codage (Ti) dure 30 us, de to à to (début du cycle suivant). La charge de C1 (PJ +) et de C3 (P4 +) dure 4 us, de to à tl. A tl, les deux compteurs K1 et K2 sont remis à zéro, leur contenu a été transféré dans le registre correspondant au temps d'horloge précédent, t'l. La décharge de C1 commence à tl et dure jusqu a un temps aléatoire T1 (P2 +). La décharge de C3 commence à tl et dure jusqu'à un temps aléatoire T2 (P5 +). Le transfert de la charge résiduelle de C1 sur C2 commence à t1 et est terminée à la fin de Ti (P3 +). Une période de 6 ps, de t2 à la fin de Ti, est réservée en tout état de cause, au transfert de la charge résiduelle de C1 sur C2 : la décharge de C1 ne dure en aucun cas plus longtemps que t2. REVENDICATIONS 1/ Codeur à deux temps codage, poids forts, poids faibles, à fonctionnement amélioré, fonctionnant par comptage d'impulsions d'horloge pendant la durée de la décharge d'un condensateur chargé par un échantillon à coder jusqu'à un niveau prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comprend deux codeurs complets formés chacun d'un condensateur de codage, d'un compteur, d'un registre associé et de circuits logiques de commande, fonctionnant simultanément, ainsi qu'un condensateur de transfert, recueillant la tension résiduelle du premier condensateur de codage à la fin du premier temps de codage d'un échantillon, avec des moyens de commutation pour appliquer au deuxième condensateur de codage une tension résiduelle amplifiée provenant de l'échantillon précédent au début du deuxième temps de codage, en coincidence avec ledit premier temps de codage. 2/ Codeur à deux temps de codage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension résiduelle sur le premier condensateur de codage est amplifiée dans un certain rapport p et est transférée sur le condensateur de transfert à la fin d'un cycle de codage, et la tension sur le condensateur de transfert est amplifiée dans un rapport q au début d'un cycle de codage, le produit pq (par exemple pq = 80) étant inférieur au rapport entre le niveau poids fort maximal et le niveau poids faible maximal, par exemple 128.