Brevet FR2233757A1 — publié le 19750110

La présente invention a trait à un convertisseur d'angle analogique-digital. On sait que les convertisseurs d'angle analogique-digital comportent en général un capteur alimenté par une source de référence alternative de fréquence f fournissant deux signaux de la forme I = cos a sin 2 ft et J = sin a sin 2 ft, a étant 1 t angle mesuré. Dans les convertisseurs d'angle classiques tel que celui représenté à la figure 10 de l'article de SCHMID paru dans la revue américaine "Electronic Design" du 15 mars 1970 pages 178 à 185, les signaux I et J sont appliqués à un réseau de déphasage RC de tres grande précision et le traitement ultérieur des signaux est effectué sur des signaux modulés. La source de fréquence f doit être stable. De tels convertisseurs sont fréquemment employés dans des matériels embarqués sur les bateaux pour coder en digital des grandeurs analogiques (vitesse, cap, position) fournies par des dispositifs synchro. Dans le convertisseur de ltinvention, le traitement des signaux est effectué sur des signaux démodulés de la forme sin a et cos a si bien que le résultat obtenu est indépendant de f. De plus, le convertisseur selon l'invention n utilise pas de réseaux RC de grande précision, dont la mise au point est toujours délicate. Le convertisseur d'angle analogique digital selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de codage fournissant deux signaux analogiques proportionnels au sinus et au cosinus de l'angle à mesurer, un modulateur comprenant deux entrées symétriques alimentées par les deux signaux analogiques, une horloge fournissant une suite d'impulsions de fréquence Fo, un premier et un deuxieme compteur-diviseur dont le rapport de division est N, alimentés par les impulsions de fréquence Fo, le premier compteur-diviseur fournissant une premiere et une deuxième série de créneaux de fréquence F en quadrature l'une par rapport à l'autre, ces créneaux étant appliqués sur les entrées de modulation dudit modulateur, un filtre passe-bas disposé à la sortie du modulateur et fournissant un signal sinusoldal de fréquence F déphasé de l'angle à mesurer, par rapport à la première série de créneaux, un générateur d'impulsions alimenté par ledit signal sinusoïdal et fournissant des impulsions de fréquence F déphasées de I1 angle à mesurer par rapport à la première série de créneaux fournies par le premier compteur-diviseur, une mémoire de sortie comportant p étages, des moyens de couplage des p étages de la mémoire avec ledit deuxième compteur-diviseur, lesdits moyens de couplage étant commandés par les impulsions déphasées. Selon un perfectionnement de l'invention, les moyens de codage comportent m transducteurs (m entier positif) mesurant chacun un angle et fournissant chacun sur leurs deux sorties deux signaux analogiques représentatifs du sinus et du cosinus de l'angle mesuré, une source continue de référence fournissant deux signaux continus de référence 0 et 1, un dispositif de multiplexage à deux sorties alimentées par les sorties des transducteurs et par la source de référence continue, des moyens de commande délivrent des impulsions de commutation appliquées au dispositif de multiplexage pour commuter séquentiellement sur ses deux sorties les signaux analogiques issus de chacun des transducteurs puis les signaux de référence, les sorties du dispositif de multiplexage étant reliées aux entrées symétriques du modulateur0 De plus le deuxième compteurdiviseur est associe à un dispositif de remise à zéro constitué par un circuit ET dont la sortie est reliée à l'entrée de remise à zéro dudit compteur-diviseur et dont les entrées sont alimentées par la suite d'impulsions de fréquence F déphasées et par une impulsion générée par les moyens de commande du dispositif de multiplexage pour commander l'application des signaux continus de référence aux entrées symétriques du modulateur. I1 est ainsi possible de mesurer un ou plusieurs angles a et à partir des signaux analogiques de la forme sin a et cos a appliqués séquentiellement au modulateur d'obtenir une suite de signaux digitaux représentant les mesures des divers angles. I1 est également possible de remettre périodiquement à zéro le deuxième compteur-diviseur en utilisant les impulsions de fréquence F déduites du signal sinusoïdal issu du filtre passe-bas qui apparaissent lorsque les signaux continus de référence 0 et 1 sont appliqués aux entrées du modulateur. Le retard de groupe du filtre passe-bas est ainsi compense. Selon une réalisation particulière de L'invention chaque transducteur comprend - une source de référence alternative fournissant un signal sinusoïdal de fréquence f. - un capteur alimenté par le signal sinusoidal de fréquence f et délivrant trois signaux alternatifs A = sin a sin 2 gft, B = -sin (a + ~ ) sin 2 wft et 2rr sin (a -y) sin 2 eft, a étant l'angle mesuré par le capteur, - un transformateur Scott transformant les trois signaux A, B et C en deux signaux de la forme sin a sin 2 wft et cos a sin 2 gft, - un générateur alimenté par le signal sinusoldal de fréquence f et délivrant des impulsions étroites de même fréquence, - deux détecteurs alimentés par lesdites impulsions de fréquence f et fournissant à partir des signaux sin a sin 2 gft et cos a sin 2 wft les signaux sin a et cos a. I1 est ainsi possible d'utiliser pour chaque transducteur soit la même source de référence alternative, soit une source différente. Le convertisseur d'angle analogique digital de l'invention peut être utilisé pour coder simultanément plusieurs grandeurs telles que la vitesse drun bateau, le cap du bateau et la distance et le gisement de l'objectif. La description qui va suivre en regard des figures annexées, fera mieux comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 représente le convertisseur d'angle analogique-digital selon l'invention. La figure 2 représente un perfectionnement au convertisseur d'angle analogique-digital selon l'invention. Le convertisseur comporte un ou plusieurs transducteurs tels que T ( un seul transducteur a été représenté sur la figure 1), une source de référence continue 1, un dispositif de multiplexage 2 fournissant sur ses deux sorties les deux signaux u et v, un modulateur 3 auquel sont appliqués les signaux u, -u, v et -v, les signaux -u et -v étant obtenus à partir des signaux u et v par deux inverseurs 4 et 5. Le convertisseur comporte en outre une horloge 6 délivrant une suite d'impulsions de fréquence Fo alimentant deux compteur-diviseur 7 et 8 divisant dans le rapport N. A la sortie du compteur-diviseur 7 on obtient une première et une deuxième série de créneaux de fréquence F déphasés de W les uns par rapport aux autres. Ces deux séries de créneaux sont appliquées aux deux entrées de modulation du modulateur 3. La sortie du modulateur 3 est réunie à l'entrée d'un filtre passe-bas 9 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un générateur d'impulsions 10 à deux sorties. Une sortie du générateur 10 est reliée à l'entrée d'un circuit ET il et l'autre sortie est reliée à un groupe de portes 12 qui permet le transfert des informations contenues dans les divers étages du compteur-diviseur 8 vers les étages d'une mémoire de sortie 13. Le compteur-diviseur 7 comporte une entrée R7 de remise à zéro reliée à la sortie d'un circuit logique 7' dont les entrées sont reliées aux sorties des différents étages du compteur 7. Le compteur-diviseur 8 comporte une entrée R8 de remise à zéro reliée à la sortie d'un circuit OU 14 dont une entrée est reliée à la sortie d'un circuit logique 8t dont les entrées sont reliées aux sorties des différents étages du compteur 8 et dont l'autre entrée est reliée à la sortie du circuit ET 11. Horloge 6 alimente un générateur d'impulsions de commutation 15 servant à comnander le dispositif de multiplexage 2. Le transducteur T comporte un codeur 20 alimenté par une source alternative de référence 21 fournissant un signal sinusoidal de fréquence f. Le codeur ?0 mesure un angle a représentant par exemple la position angulaire d'un axe et fournit trois signaux A = sin a sin 2 est, B = sin (a + -y ) sin 2 ft, C = sin (a - 3 ) sin 2 sft. Les trois signaux sont appliqués à un transformateur Scott 22 fournissant les deux signaux I = sin a sin 2 wft et J = cos a sin 2 wfto Les deux sorties du transformateur Scott 22 sont appliquées chacune. à un adaptateur d'impédance 23 et 24. La sortie de l'adaptateur 23 est reliée à un échantillonneur 25 dont la sortie est appliquée à I'entrée d'-un amplificateur 26 à grande impédance. De même la sortie de l'adaptateur 24 est reliée à un échantillonneur 27 dont la sortie est appliquée à l'entrée d'un amplificateur 28 à grande impédance. Les entrées des amplificateurs 26 et 28 à grande impédance sont mises à la masse par l'intermédiaire d'une capacité 29 et d'une capacité 30. Les amplificateurs à grande impédance associés aux capacités d'entrée constituent des mémoires analogiques. Les s-orties des amplificateurs 26 et 28 sont appliquées au dispositif de multiplexage 2. La source alternative de référence 21 est appliquée sur un circuit de commande d'échantillonnage 31 délivrent deux séries d'impulsions de fréquence f qui sont appliquées aux échantillonneurs 25 et 27. La source de référence continue 1, fournit sur ses deux sorties les signaux O (la masse) et 1 qui sont appliqués au dispositif de multiplexage. Le fonctionnement du convertisseur selon l'invention est le suivant Les signaux I et J obtenus à la sortie du transformateur Scott 22 sont échantillonnés dans les échantillonneurs 25 et 27. Les impulsions d'échantillonnage sont appliquées simultanément sur les~échantillonneurs 25 et 27 à un instant qui correspond de préférence à la crête des signaux I et J. Les signaux échantillonnés sont mémorisés dans les condensateurs 29 et 30 et on obtient à la sortie des amplificateurs 26 et 28 deux signaux u = sin a et v = cos a. Par l'intermédiaire du dispositif de multiplexage 2, les signaux u et v sont appliqués au modulateur symétrique 3 directement et par l'intermédiaire des inverseurs 4 et 5, si bien que le modulateur 3 est alimenté par les signaux cos a, -cos a, sin a, -sin a. L'horloge 6 fournit des impulsions de fréquence Fo qui sont appliquées aux compteurs-diviseurs 7 et 8. Les circuits logiques 7' et 8' fournissent sur une sortie une impulsion de remise à zéro dès que les compteurs 7 et 8 ont compté N impulsions. On peut prendre.des compteurs de douze étages et N peut alors être 12 choisi inférieur ou égal à 2 soit 4096, en cablant les circuits logiques 7' et 8' en conséquence. F peut être pris de l'ordre de 2500Hz (ce qui correspond à une frequence Fo de l'ordre de 20 MHz). Le compteur 7 divise par-N la fréquence Fo, et fournit à sa sortie une suite d'impulsions de fréquence F. Cette suite d'impulsions est appliquée sur l'entrée de modulation du modula Cette suite- d'impulsions est appliquée sur l'entrée de modulation du modulateur 3 et le signal de sortie S est de la forme S = + sin (a - n 2rrFt) qui comporte toutes les harmoniques impaires de la fréquence f (n nombre entier positif impair). Après filtrage dans le filtre passe-bas, il ne reste que la composante en sin (a - 2 wFt). Le signal en sin (a - 2 KFt) est appliqué au générateur 10 d'impulsions qui délivre une impulsion à un passage par zéro sur deux du signal sin (a - 2 wFt). La suite dtimpulsions obtenue à la sortie du générateur 10 est donc de fréquence F et déphasée d'un angle a par rapport à la première série de créneaux délivrée par le compteur 70 Le compteur 8 à douze étages est alimenté par des impulsions de fréquence Fo issues de horloge 6 et est remis à zéro toutes les N impulsions par une impulsion issue du circuit logique 8'. Le nombre binaire indiqué par le compteur 8 à chaque instant est représentatif de 2 sFt, à 2 rrprès. Lorsqu'une impulsion est issue du générateur 10 elle commande la porte 12 et permet le transfert des informations contenues dans le compteur 8 vers la a mémoire 13. Le transfert des informations a eu lieu au temps t =2nif il s' ensuit donc que a = 2 TrFt et que le nombre binaire enregistré dansla mémoire 13 est représentatif de l'angle a. La précision de la conversion peut être augmentée en prenant une fréquence Fo plus élevée et des compteurs comportant un nombre plus élevé d'étages. La cadence de conversions de mesures effectuées dépend de la fréquence F et peut être aussi augmentée en augmentant FO. En appliquant séquentiellement les signaux de la forme sin a et cos a issus de différents transducteurs au modulateur on obtient dans la mémoire 13 séquentiellement les valeurs en binaire des divers angles mesurés par les transducteurs. Lorsque les signaux continus de référence 0 et I qui correspondent à un angle a nul sont appliqués au modulateur, la sortie du filtre passe-bas 9 fournit le signal - sin 2 7rFt et à la sortie du générateur 10 on obtient des impulsions de fréquence F. Ces impulsions sont appliquées sur l'entrée du circuit ET 11 qui reçoit sur son autre entrée un signal délivré, par. le générateur 15 uniquement lorsque les signaux continus de référence sont appliqués au modulateur. Les impulsions de fréquence F traversent donc le circuit ET et le circuit OU et remettent à zéro le compteur 8. Les retards pris par les signaux dans le filtre 9 et le modulateur 3 sont ainsi périodiquement compensés. Les signaux binaires enregistrés dans la mémoire 13 peuvent être lus soit en parallèle soit en série. Dans le convertisseur de l'invention, on peut utiliser un ou plusieurs transducteurs. Chacun de ces transducteurs ayant soit une source de référence alternative différente, soit la même. De plus, les amplitudes des signaux issus des échantillonneurs n'influant pas sur le résultat final, l'échantillonnage des signaux modulés I et J peut être réalisé à un instant différent de celui où ces signaux sont à leur maximum. On dispose donc d'une grande tolérance pour l'instant d'échantillonnage. Selon un perfectionnement de l'invention , représenté à la figure 2, on peut faire varier séquentiellement le rapport N de division des compteurs diviseur 7 et 8. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension du perfectionnement ont été représentés. Les sorties des étages du compteur 7 sont reliées à un circuit logique 7" et les étages du compteur 8 sont reliés à un circuit logique 8", les sorties de ces circuits logiques étant reliées aux entrées de remises à zéro R7 et R8 des compteurs 7 et 8. Les circuits logiques 7" et 8" sont commandés séquentiellement par le générateur 15. On peut programmer les circuits logiques 7" et 8" pour qu'ils fournissent une impulsion de remise à zéro sur leur sortie, chaque fois que les compteurs ont comptés M impulsions lorsque le transducteur T fournit des signaux de mesures, M étant différent pour chaque transducteur. On peut ainsi pour chaque mesure d'angle, effectuée par un transducteur, adapter le rapport de division à l'unité choisie pour cet angle. On peut donc coder simultanément par exemple la vitesse en noeuds du bateau, son cap en degrés et la distance de l'objectif en mètres et en yards et son gisement en degrés. Bien que le convertisseur d'angle analogique-digital qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux pour la mise én oeuvre de l'invention, on comprendra que diverses modifications puissent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses éléments pouvant être remplacés par d'autres éléments susceptibles d'y assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente en particulier le dispositif de multiplexage pourrait être disposé à la sortie des transformateurs Scott des différents transducteurs, il serait alors possible d'utiliser les deux mêmes circuits d'échantillonnage et la même source de référence alternative. REVENDICATIONS 1/ Convertisseur d'angle analogique-digital, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de codage fournissant deux signaux analogiques proportionnels au sinus et au cosinus de l'angle à mesurer, un modulateur comprenant deux entrées symétriques alimentées par les deux signaux analogiques, une horloge fournissant une suite d'impulsions de fréquence Fo, un premier et un deuxième compteur-diviseur dont le rapport de division est N alimentés par les impulsions de fréquence Fo, le premier compteur-diviseur fournissant une première et une deuxième série de créneaux de fréquence F en quadrature l'une par rapport à l'autre, ces créneaux étant appliqués sur les entrées de modulation dudit modulateur, un filtre passebas disposé à la sortie du modulateur et fournissant un signal sinusoïdal de fréquence F déphasé de l'angle à mesurer par rapport à la première-série de créneaux, un générateur d'impulsions alimenté par ledit signal sinusoïdal et fournissant des impulsions de fréquence.F déphasees de l'angle à mesurer par rapport à la première série de créneaux fournie par le premier compteur-diviseur, une mémoire de sortie comportant p étages, des moyens de couplage des p étages de la mémoire avec ledit deuxième compteur-diviseur, lesdits moyens de couplage étant commandés par les impulsions déphasées. 2/ Convertisseur d'angle analogique-digital selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de codage comportent m transducteurs (m entier positif) mesurant chacun un angle et fournissant chacun sur leurs deux sorties deux signaux analogiques représentatifs du sinus et du cosinus de Angle mesuré, une source continue de référence fournissant deux signaux continus de référence 0 et 1, un dispositif de multiplexage à deux sorties alimentées par les sorties des transducteurs et par la source de référence continue, des moyens de commande délivrant des impulsions de commutation appliquées au dispositif de multiplexage pour commuter séquentiellement sur ses deux sorties les signaux analogiques issus de chacun des transducteurs puis les signaux de référence, les sorties du dispositif de multiplexage étant reliées aux entrées symétriques du modulateur et en ce que le deuxième compteur-diviseur est associé à un dispositif de remise à zéro constitué par un circuit ET dont la sortie est reliée à l'entrée remise à zéro dudit compteur-diviseur et dont les entrées sont alimentées par la suite d'impulsions de fréquence F déphasées et par une impulsion générée par les moyens de commande du dispositif de multiplexage pour commander l'application des signaux continus de référence aux entrées symétriques du modulateur. 3/ Convertisseur d'angle analogique-digital selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque transducteur comprend - un capteur alimenté par le signal sinusoïdal de fréquence f et délivrant Trois signaux alternatifs A = sin a sin 2 nft, B = sin (a + 2s ) sin 2 ftt et -3 C = sin (a - 2 ) sin 2wft, a étant l'angle mesuré par le capteur-, - un transformateur Scott transirmant les trois signaux A, B et C en dex signaux de la forme sin a sin 2sft et cos a sin 2wft, - un générateur alimenté par le signal sinusoidal de fréquence f et délivrant des impulsions étroites de même fréquence, - deux détecteurs alimentés par lesdites impulsions de fréquencefet fournissant à partir des signaux sin a sin 2sft et cos a sin-2sft les signaux sin a et cos a. 4/ Convertisseur d'angle analogique digital selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sources alternatives de référence des différents transducteurs ont des fréquences différentes. 5/ Convertisseur d'angle analogique-digital selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux circuits logiques associés chacun à un compteur-diviseur et étant commutés séquentiellement filtre plusieurs états par le générateur de commande du dispositif de multiplexage, les entrées de chacun des commutateurs étant reliées aux sorties des différents étages du compteurdiviseur associé et là sortie de chacun étant reliée à l'entrée de remise à zéro du compteur-diviseur associé, chaque circuit logique fournissant pour chaque état sur sa sortie une impulsion chaque fois que le compteur-diviseur associé a compté un certain nombre d'impulsions, ce nombre d'impùlsions pouvant être différent pour chaque état.