Brevet FR2261661A1 — publié le 19750912

L'invention se rapporte aux convertisseurs analogiques numérique s . Les convertisseurs connus comportent un ensemble de circuits aptes à fournir la valeur numérique du signal analogique d'entrée avec un nombre prédéterminé de chiffres significatifs. Le nombre de composants de cet ensemble de circuits croIt généralement exponentiellement en fonction du nombre de chiffres significatifs que procure le dispositif. Comme l'on est amené à disposer d'un convertisseur qui procure un nombre de chiffres significatifs élevé, nécessaire dans certaines application, le coût de l'appareil est excessif, compte tenu du nombre de chiffres significatifs beaucoup plus faible requis dans la plupart des cas L'invention propose de réaliser un convertisseur constitué par un assemblage, en nombre variable suivant les besoins, de modules qui produrent chacun un seul chiffre significatif. Suivant l'invention, ce convertisseur est caractérisé par une pluralité de modules reliés en cascade et dont chacun comprend un organe sélecteur de niveau apte à fournir un signal binaire sur l'un des fils d'une pluralité de fils de sortie, en fonction de la plage de valeurs dans laquelle est compris le niveau du signal analogique appliqué à son entrée, un organe convertisseur qui transforme le rang du fil de sortie où apparaît un niveau logique en un signal analogique d'amplitude proportion- nelle audit rang, des moyens d'affichage numérique dudit rang et un amplificateur différentiel qui multiplie, par un gain égal au nombre des fils de sortie, la différence entre le signal d'entrée du module et le signal de sortie de l'organe convertisseur. D'autres caractéristiques, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma de principe d'un convertisseur conforme à l'invention, et la figure 2 illustre un mode d'exécution préféré des principaux circuits d'un tel convertisseur. A la figure 1, on a représenté un convertisseur comportant une pluralité de modules identiques, dont deux seulement ont été figurés. Le premier module comprend un organe sélecteur de ni veau l dont les 10 sorties attaquent un organe convertisseur 2. La sortie unique de l'organe 2 attaque une entrée d'un amplificateur différentiel 3, dont l'autre entrée reçoit le signal analogique d'entrée Vx. Un premier chiffre significatif de Vx est affiché par un organe 4 qui comprend des moyens de décoder l'information prélevée sur les sorties de l'organe 1. De même, le deuxième module comporte un organe sélect teur de niveau 11, attaqué par la tension de sortie de lampliw ficateur différentiel 3, un organe convertisseur 21, attaqué par les dix sorties de l'organe 11, un amplificateur différentiel 31 recevant les sorties des organes 3 et 21, et un organe 41 d'affichage du second chiffre significatif de Vx. Le dernier module pourraI -de l'appareil/ne comprendre que l'organe sélecteur de niveau et l'organe d'affichage. A titre d'exemple, l'on considèrera l'application du montage à la réalisation d'un voltmètre numérique. Soit 6184 la tension Vx à mesurer (en ne tenant pas compte de la virgule). La tension Vr est prise égale à 9-000 et divisée en 10 sous-gammes égales, à chacune desquelles la tension Vx est comparée dans l'organe 1. Suivant celle des 10 plages de valeurs 0 à 1000, 1000 à 2000 ... 9000 à 10000 dans laquelle est comprise Vx, l'organe 1 fournit un niveau logique 1 sur sa pre- mière, sa seconde ... ou sa dixième sortie. Dans l'exemple considéré, la sixième sortie est validée. L'organe 4 est agencé pour afficher le chiffre 6. L'organe 2 convertit le rang du fil d'entrée validé en tension analogique proportionnelle, soit 6000-dans le cas considéré. Cette tension est comparée à la tension Vx = 6184 et la différence 184 est multipliée par 10 dans l'amplificateur 3, de gain 10. Le deuxième module est donc attaqué par une tension 1840, si bien que l'organe 41 affiche le chiffre 1 et que l'or- gane 21 engendre une tension de 1000. L'amplificateur 31 engendre alors une tension de (1840 - look) x 10 = 8400, si bien que le troisième module affiche le chiffre 8. Ce troisième module engendre à son tour une tension de (8400 - 8000) x 10 5 4000, si bien que le quatrième module affiche le chiffre 4.Il est inutile, dans ce cas, que l'appareil comporte un nombre de mow dules supérieur à 4. La réalisation des organes 1, 2, 3, 4 est à la portée de l'homme de l'art. Un mode d'exécution particulièrement simple des-circuits 1 et 2 est toutefois illustré par la figure 2, qui représente par exemple le premier module de l'appareil de la figure 1. L'organe sélecteur de niveau comprend dix comparateurs 100 à 109 à une entrée de chacun desquels est appliquée la tension Vx. Un diviseur de tension 110 applique, à l t autre entrée du comparateur lOO, une tension nulle, à l'autre entrée du comparateur 101, une tension Vr/9, à l'autre entrée du comparateur 102, une tension 2Vr/9 ... et à l'autre entre du comparateur 109, une tension égale à Vr, soit par exemple 9 volts si l'en veut mesurer des tensions Vx comprises entre O et 10 volts. Pour une~tension à mesurer égale à 6,184 volts, seuls les comparateurs 100 à 106 seront donc validés, cest-à-dire qutun niveau logique l apparaîtra à leur sortie. Pour supprimer la validation des fils de sortie des comparateurs dont la tension dtentrée de référence ne correspond pas à Vx, (soit 100 à 105 dans l'exemple considéré), on a disposé, comme indiqué au dessin, 9 portes ET 121 à 129 ayant une entrée inverseuse. On voit par exemple que la porte 120 a son entrée directe reliée à la sortie du comparateur 100 et son entrée inverseuse reliée à la sortie du comparateur 101. il en résulte que la sortie de cette porte est invalide lorsque la sortie de 100 et celle de 101 sont validées. De mêmes la porte 121 a son entrée directe reliée à la sortie de 101 et son entrée inverse reliée à la sortie de 102. La sortie de cette porte est donc invalidée lorsque la sortie de 101 et celle de 102 sont validées. Par contre, la sortie de la porte 126 sera validée, dans l'exem ple considéré, puisque son entre inverseuse est reliée à la sortie du comparateur 107, laquelle n'est pas validée. Les sorties des portes 120 à 128 et la sortie du comparateur 109 attaquent un convertisseur de code 4a que comporte ltorgane 4. Ce convertisseur transforme par exemple en code l, 2, 4, 8, l'information dçcimale Xournie sur ses 10 fils d'entre parmi 10, (sous la forme d'un fil valide . Le résultat est affiché par un organe indicateur numérique de type connu 4b. Après avoir décrit l'organe l (composé des éléments 100 à 128), on va maintenant décrire l'organe 2. il comprend simplement 10 interrupteurs commandés 201 à 209, avantageusement du type connu sous le mm de porte analo gique, respectivement connectés entre les entrées de référence des comparateurs et un fil commun de sortie qui attaque l'une des entrées de l'amplificateur différentiel 3. L'électrode de commande des portes analogiques 200 à 208 est reliée à la sortie de la porte 120 à 128 correspondante, tandis que l'électrode de commande de la porte analogique 209 est directement reliée à la sortie du comparateur 109. Celle des portes analogiques qui se trouve fermée transmet à l'amplificateur différentiel 3 la tension appliquée à l'en- trée de référence du comparateur correspondant. Ainsi, dans l'exemple considéré, seule la porte 126 est validée et, par conse- quent, seule la porte analogique 206 est fermée. Une tension de 6 volts est donc appliquée à l'amplificateur différentiel 3. Le voltmètre numérique que l'on vient de décrire, outre l'avantage de modularité déjà exposé, offre un temps de résolution court défini par un seul module. Cela tient au fait qu'il n'utilise aucune horloge, toutes les entrées étant attaquées en parallèle. Le nombre de composants requis est peu élevé, et simplement proportionnel au nombre de chiffres significatifs demandés. La m8me tension de référence est appliquée à l'entrée de tous les modules. Il va de soi que diverses variantes d'exécution sont possibles, sans sortir du cadre de l'invention. L'appareil fonctionne évidemment de préférence dans le système décimal. Il pourrait toutefois être réalisé dans un système de numération différent, de base supérieure à 2. REVENDICATIONS I. Dispositif convertisseur analogique numérique caractérisé par une pluralité de modules reliés en cascade et dont chacun comprend un organe sélecteur de niveau apte à fournir un signal binaire sur l'un des fils d'une pluralité de fils de sortie, en fonction de la plage de valeurs dans laquelle est compris le niveau du signal analogique appliqué à son entrée, un organe convertisseur qui transforme le rang du fil de sortie où apparaît un niveau logique en un signal analogique d'amplitude proportionnelle audit rang, des moyens d'affichage numérique dudit rang et un amplificateur différentiel qui multiplie, par un gain égal au nombre des fils de sortie, la différence entre le signal d'entrée du module et le signal de sortie de l'organe convertisseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe sélecteur de niveau comprend une pluralité identique de comparateurs, un diviseur de tension appliquant, à une entrée de référence de chaque comparateur, des tensions constituant des fractions régulièrement échelonnées d'une valeur commune de référence, et des portes logiques aptes à invalider les sorties des comparateurs de rang inférieur à celui dont la tension d'entrée de référence tombe dans la plage de valeurs dans lequelle se trouve la tension d'entrée du dispositif. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe convertisseur comprend une pluralité identique d'organes interrupteurs commandés par les sorties respectives de l'or- gane sélecteur et connectés auxdites entrées de référence du comparateur, les sorties desdits interrupteurs étant reliées à un point commun.