Brevet FR2222800A1 — publié le 19741018

La conversion analogique-numérique a pour but de substituer à une tension électrique un nombre codé représentant cette tension. La tension électrique à coder étant supposée à variation continue dans le temps, il est nécessaire d'en considérer des valeurs discrètes qui sont successivement codées ; ce résultat est atteint par l'échantillonnage. La précision des résultats obtenus dépend principalement de deux paramètres qui sont d une part la fréquence d'échantillonnage et d'autre part le nombre de digits ou de bits que contient chaque nombre codé représentatif de l'échantillon de tension correspondant. Les performances de base d'un convertisseur analogique numérique doivent 8tre les suivantes : 8 bits toutes les 80 nanosecondes avec possibilité de pousser cette cadence jusqu à 20 ou 10 nanosecondes. Il existe des appareils qui réalisent ces performances mais ceux-ci sont encombrants et onéreux. La présente invention a précisément pour objet un convertisseur analogique-numérique à hautes performances, de faible encombrement et de prix de revient réduit. Conformément à l'invention, ce résultat est atteint en réalisant le convertisseur sous la forme d'un assemblage de modules codeurs dont chacun est réalisé suivant la technique des circuits intégrés. Chacun de ces modules contient, par exemple, quatre comparateurs ce qui permet de réduire les capacités d'entrée et, par suite, d'améliorer les performances du convertisseur. L'invention sera mieux comprise à l'aide des Figures jointes et de la description s'y rapportant lesquelles n'en fournissent qui un mode non limitatif de réalisation. La Figure 1 représente schématiquement un comparateur à échantillonnage connu en soi. La Figure 2 représente un circuit logique NI (ou NOR suivant la littérature anglo-saxonne) également connu en soi. La Figure 3 représente un module codeur à quatre éléments conforme à l'invention. La Figure 4 représente le groupement de quatre modules à quatre éléments pour obtenir un codeur à quatre bits. La Figure 5 représente le groupement de huit modules à quatre éléments pour obtenir un codeur à 5 bits. En se référant à la Figure 1, un comparateur à échantillonnage comporte deux bornes d'entrée 1 et 2, deux bornes de sortie 3 et 4 et une borne de commande 5. La tension à comparer est appliquée sur la borne 1 et la tension de référence est appliquée sur la borne 2. Au repos, un signal apparat sur la borne de sortie 4. Lors de l'application d'un signal de commande, ou d'échantillonnage, sur la borne 5 et si la tension à comparer est supérieure à la tension de référence, le comparateur bascule et le signal de sortie passe de la borne 4 à la borne 3. En se référant à la figure 2 un circuit logique NI (ou NOR) comporte deux bornes d'entrée 6 et 7 et une borne de sortie 8. Il ne délivre un signal sur la borne de sortie 8 que si aucun signal n'est appliqué ni sur la borne 6 ni sur la borne 7. Il va maintenant être décrit un codeur conforme à l'invention en se référant à la Figure 3. La tension continue de référence est appliquée à une channe de quatre résistances égales 9, 10, 11 et 12 montées en série. Ces quatre résistances étant égales la tension apparaissant au point A est égale au quart de la tension de référence tandis que les tensions apparaissant aux points B, C et D sont respectivement égales à la moitié, aux trois quarts et à la totalité de la tension de référence. le signal, ou la tension à comparer, est appliqué sur la borne S c'est-à-dire en parallèle sur les entrées 1 des comparateurs 13, 15, 17 et 19. Si la tension à comparer est, à l'instant considéré, comprise entre le quart et la moitié de la tension de référence, c'est-àdire supérieure à la tension au point A, lors de l'application du signal d'échantillonnage sur la borne 5 le comparateur 13 bascule et son signal de sortie paase de la borne 4 à la borne 3 (qui dans ce cas n'est paa utilisée). le circuit logique 14 ne recevant plus aucun signal ni sur Sa borne O ni sur Sa borne 7 délivre un signal 'r sa borne de sortie 8 vers l'utilisation notée 20pour indiquer outil s'rugit du digit de plus faible poids dans le nombre codé représentatif de la tension échantillonné. Si maintenant la tenson à comparer est, à un autre instant, comprise entre la moitié et les trois quarts de la tension de réfé fiente, le comparateur 13 reste dans l'état précédent tandis que le comparateur 15 bascule ; par sa borne 3 il envoie un signal vers le circuit logique 14 qui ne délivre plus de signal sur sa borne 8 O et annule le digit 2 , le circuit logique 16 tétant plus alimenté délivre un signal sur sa borne de sortie vers l'utilisation notée 21 qui est le digit de poids immédiatement supérieur au précédent. Si maintenant la tension à comparer est, encore à un autre instant, comprise entre les trois quarts et la totalité de la tension de référence, les comparateurs 13 et 15 restent dans 11 état précédent tandis que le comparateur 17 bascule ; la sortie logique 18, qui ne reçoit plus aucun signal d'entrée, envoie un signal à l'utilisation 20. Pour une telle valeur de la tension à comparer il existe donc un signal sur l'utilisation 20 et un signal sur l'utili- sation 21. Enfin, si la tension à comparer est, à un instant donné, supérieure à la totalité de la tension de référence, les comparateurs t3, 15 et 17 restent dans l'état précédent et le comparateur 19 bascule ; par sa sortie 3 il envoie un signal aux circuits logiques 16 et 14 qui suppriment les signaux sur les utilisations 20 et 21. La borne 4 du comparateur 19 ne fournissant plus de signal le circuit logique 20 délivre un signal vers l'utilisation ss sauf si, pour des raisons qui seront indiquées ci-après, un signal dit d'inhibition est appliqué par l'intermédiaire de la borne I à l'au- tre entrée du circuit logique 20. D'autre part, la sortie 4 du comparateur 19 est reliée à l'entrée d'un inverseur 21 qui fournit un signal de dépassement vers l'utilisation d. La Figure 4 représente un codeur à quatre bits obtenu par l'assemblage de quatre modules M1, M2, E et M4 identiques entre eux et à celui décrit ci-dessus par référence à la Figure 3. La tension de référence est appliquée à une channe de seize résistances égales permettant de quantifier cette tension par seizièmes. C'est ainsi qutau point D, par exemple, la tension par rapport à la masse est égale à quatre seizièmes ou un quart de la tension de référence. La tension à comparer, ou signal, est appliquée sur la borne S c'est-à-dire en parallèle sur les entrées des quatre modules. Si la tension à comparer est comprise entre n et n + 1 seizièmes de la tension de référence le codeur de la Figure 4 doit fournir le nombre n écrit en numération binaire. C'est ainsi que si n = 7, par exemple, le codeur devra fournir le nombre binaire 0111. Pour cette valeur de n, la tension de référence est celle qui existe au point X de la chaîne de résistances. Conformément à ce qui a été exposé ci-dessus par référence à la Figure 3, le module M2 fournira un signal sur chacune de ses sorties 20 et 21 ; la tension au point X étant supérieure à celle existant au point D le module M fournit un signal sur sa borne de dépassement d ici reliée à l'utilisation 22. Un signal apparatt donc sur chacune des bornes 2 21 et 22 ce qui correspond effectivement au nombre binaire 0111. Le tableau ci-après indique la contribution de chacun des quatre modules à la formation du nombre binaire correspondant à chacune des seize valeurs discrètes de la tension de référence. ll T1 s'inter- prète de la manière suivante. La première colonne donne la valeur du nombre n en numération décimale, la deuxièmè colonne donne cette même valeur en numération binaire, les quatre colonnes de droite indiquent, dans tordre des digits de poids décroissant, les modules qui fournissent les digits du nombre binaire figurant sur une ligne donnée. Si n = 11, par exemple, qui s'écrit en binaire 1011 le tableau indique que le digit de poids le plus élevé est fourni par le module M2 tandis que les deux digits de poids le plus faible sont fournis par le module E . On remarquera sur le tableau que pour n plus grand ou égal à 8 le module M1 n'intervient plus. Ce résultat est obtenu par la connexion représentée sur la Figure 4 qui relié la sortie A du module M2 à l'entrée d'inhibition I du module M1. On remarquera aussi que lorsque la tension à comparer dépasse la totalité de la tension de référence, le module M4 délivre un signal sur sa borne de dépassement. 1 0 0 0 1 M1 2 0 0 1 0 N1 3 0011 M1 M1 4 0 1 0 0 M1 5 0101 M1 M2 6 0110 M1 M2 7 O1 1 1 M1 M2 M2 8 1 O O O M2 9 1 0 0 1 M M3 tO 1 0 1 M2 M3 11 1 0 1 1 M2 M3 M 2 33 12 1 1 0 o M2 M3 13 1 1 O 1 M2 M3 M4 14 1 1 1 0 M2 M3 M4 15 1 1 1 1 M2 M3 M4 M4 16 X X X X M4 Conformément à llinvention il est possible de grouper un plus grand nombre de modules pour obtenir un codage plus fin e'est-à- dire un nombre codé en binaire avec un plus grand nombre de digits. La Figure 5 représente l'assemblage de huit modules identiques entre eux et à celui de la Figure 3 permettant d'obtenir un nombre codé en binaire avec cinq digits. Dans ce cas la chaîne de résistances comprend 32 éléments identiques et la précision obtenue est de 1/32 de la tension de référence, - REVEEDICATIONS 1 - Convertisseur analogique-numérique permettant de substituer à une tension électrique un nombre codé représentant cette tension, caractérisé en ce qu'il est constitué par un assemblage de modules codeurs dont chacun est réalisé suivant la technique des circuits intégrés. 2 - Convertisseur analogique-numérique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module codeur est constitué par un assemblage de comparateurs et de circuits logiques NI. 3 - Convertisseur analogique-numérique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque comparateur fournit, au reçu d'un signal de commande, un signal représentatif de l'écart entre la tension analogique à coder et une tension de référence. 4 - Convertisseur analogique-numérique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque circuit logique NI fournit un signal représentatif du poids d'un digit dans le nombre binaire résultant de la conversion. 5 - Convertisseur analogique-numérique suivant la revendica- tion 2, caractérisé en ce que chaque module codeur comporte quatre comparateurs et quatre circuits logiques NI.