Brevet FR2335100A1 — publié le 19770708

La présente invention, conçue au sein du Départment METRIX de la Société des Produits Industriels ITT, a pour objet un générateur de signaux modulés en largeur2 c'est-à-dire un circuit électronique recevant un signal entrée analogique et fournissant des impulsions de sortie dont la largeur est représentative de l'amplitude du signal entrée. Cette invention est applicable, notamment, dans les convertisseurs analogiques-numériques tels que ceux utilisés, par exemple, dans les appareils de mesure numériques de grandeurs électriques. Un tel convertisseur est décrit, par exemple, dans la demande de brevet français nO 73 36464, déposée le 12 Octobre 1973 au nom de la Société demanderesse, pour : "Convertisseur analogiquenumérique". Il comprend notamment une horloge fournissant des impulsions de rythme, un circuit temporisateur déclenché par chaque impulsion de rythme et fournissant une impulsion de mesure de durée variable, un circuit de filtrage recevant les impulsions de mesure engendrées par le circuit temporisateur et fournissant un signal de mesure continu dont ltamplitude dépend du rapport entre la durée des impulsions de mesure et leur période ae répétition, ainsi qu'un comparateur recevant, d'une part, ur signal d'entre analogique à convertir et, d'autre part, le signal de mesure pour fournir un signal d'erreur qui est transmis au circuit temporisateur, de manière à faire varier la durée des impulsions de mesure dans un sens tel que toute différence entre l'amplitude du signal de mesure et celle du signal d'entrée tende à diminuer. Dans ce convertisseur, en raison de la présence d'un circuit de filtrage, une constante de temps relativement importante est introduite dans la réponse du signal de mesure continu aux variations de durée des impulsions de mesure. Si le signal entrée analogique est sujet à des variations soudaines, le signal de mesure continu peut ne pas suivre et la mesure est erronée. En outre, le signal analogique d'entrée, pouvant être soit positif, soit négatif, il est nécessaire que le signal de mesure soit en correspondance positif ou négatif, afin que la comparaison portant sur ces deux signaux soit possible. Le signal d'erreur obtenu, étant. positif ou négatif, doit quant à lui être redressé avant d'attaquer le circuit temporisateur. Un circuit de détection de signe, comprenant notamment un amplificateur inverseur, un amplificateur détecteur de signe et deux diodes d'aiguillage, et un circuit calibrateur pourvoient à ce besoin. Le circuit calibrateur se présente sous la forme d'un circuit alimenté par deux tensions de référence de même valeur et de polarités opposées. Il reçoit les impulsions de mesure et fournit en échange des impulsions calibrées de m8me durée et de polarité positive ou négative selon le niveau d'un signal de commande fourni par l'amplificateur détecteur de signe. Les différents éléments constituant le circuit de détection de signe sont des éléments analogiques qui rendent délicate l'intégration du convertisseur. La présente invention a donc plus précisément pour objet un générateur de signaux modulés en largeur assurant les fonctions du circuit temporisateur et du circuit de détection de signe mentionnés tout en acceptant indifféremment un signal d'erreur positif ou négatif. Elle a encore pour objet un tel générateur réalisé pour l'essentiel à partir d'éléments de type numérique, ctest-à-dEre aisément intégrables. Le générateur de signaux modulés en largeur de l'invention se caractérise par le fait qutil comprend notamment un premier commutateur dont l'entrée est connectée à une source de signal analogique, un circuit série composé notamment d'un condensateur et dune résistance dont le point commun est connecté à la sortie de ce premier commutateur, un détecteur de polarité connecté à la sortie du commutateur, un deuxième commutateur dont l'entrée est connectée à une source de tension de polarité inverse de celle du signal analogique et dont la sortie est connectée audit circuit série, un détecteur de fin de décharge, un circuit à deux états et un circuit de sortie, ces différents éléments étant arrangés de façon que le premier et le deuxième commutateur étant placés dans une première position, le signal analogique est fourni au condensateur qui se charge et au détecteur de polarité qui fournit un signal traduisant la polarité du signal analogique, en réponse auquel le circuit à deux états est placé dans un état et fournit ladite tension de polarité inverse de celle du signal analogique, puis, le premier commutateur est mis dans une deuxième position et ne transmet plus le signal analogique au condensateur, tandis que ledit circuit série, connecté à la tension de polarité inverse de celle du signal analogique fournie par le circuit à deux états par l'intermédiaire du deuxième commutateur également placé dans une deuxième position, se décharge, la fin de la décharge du condensateur étant détectée par ledit détecteur de fin de décharge, de sorte que le circuit de sortie fournisse une impulsion dont la largeur dépend de l'amplitude du signal analogique, quelle que soit sa polarité, qui commence lorsque. les commutateurs sont mis dans leur deuxième position et se termine lorsque le détecteur de fin de décharge fonctionne. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que le détecteur de polarité est un amplificateur différentiel dont une entrée est connectée à la sortie du premier commutateur et dont l'autre entrée est connectée à une source de tension de référence. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que le détecteur de fin de décharge est un amplificateur différentiel dont les entrées sont respectivement connectées aux bornes du condensateur et qui fournit un signal de sortie nul lorsque ce condensateur est déchargé. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que le circuit à deux états comprend notamment un circuit bistable dont une entrée de commande est connectée à la sortie du détecteur de polarité et qui fournit sur une de ses sorties une tension de polarité inverse transmise à entrée du deuxième commutateur. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, le diagramme général d'un exemple de réalisation du générateur de signaux modulés en largeur de la présente invention - la figure 2, des courbes illustrant le fonctionnement du générateur de la figure 1. En se reportant à la figure 1, on décrira tout d'abord le diagramme général d'un exemple de réalisation du générateur de signaux modulés en largeur de l'invention. Afin de faciliter la compréhension, on supposera que ce générateur fait fonction de temporisateur et de circuit de détection de signe dans le convertisseur analogique-numérique décrit dans la demande de brevet n0 73 36464 mentionnée précédemment, mais il est bien évident que ce générateur peut être utilisé dans d'autres applications. Le générateur d'impulsions modulées en largeur de la figure 1 comprend essentiellement - une porte analogique Sil commandée par des impulsions de rythme IR de largeur constante et fournies à intervalles réguliers par une horloge HG. Cette porte reçoit un signal d'entrée Vs provenant d'une borne d'entrée E il s'agira par exemple du signal dterreur du convertisseur décrit dans la demande de brevet ne 73 36464 mentionnée précédemment, signa1 d'erreur qui peut être positif ou négatif ;; - un condensateur C dont une première armature est connectée au potentiel de référence, la masse par exemple, et dont la deuxième armature est connectée, d'une part, à la sortie de la porte SWt, d'autre part, à une extrémité d'une résistance R - un amplificateur-comparateur AC dont l'entrée suiveuse est connectée à la deurièmme armature du condensateur C et dont l'entrée inverseuse est connectée à la masse. Cet amplificateur, alimenté par deux tensions +U et -U, fournit un signal de sortie sa dont l'amplitude est sensiblement égale à +U (ou -U) lorsque le signal appliqué sur son entrée suiveuse est positif (ou négatif).Le signal de sortie sa est nul lorsque le signal fourni sur cette entrée est nul - un bistable FF1 du type D dont l'entrée d'horloge CE reçoit les impulsions de rythme IH et dont l'entrée de commande D est connectée à la sortie de l'amplificateur-comparateur AC. Ce bistable est alimenté entre les tensions +E et -U ; - une porte EQ réalisant la fonction logique "OU EXCLUSIF" dont und entrée est connectée à la sortie directe Q du bistable FF2 et dont l'autre entrée est connectée à la sortie de 'amplificateur-comparateur AC ;; - un inverseur logique IK qui reçoit les impulsions de rythme IR pour fournir des impulsions complémentaires IR - un bistable FF2 du type RS dont l'entrée R est connectée à la sortie de la porte EO et dont l'entrée S est connectée à la sortie de l'inverseur IN. Ce bistabie, réalisé a l'aide de portes réalisant la fonction logique "OU-NON", est Mis en position t (o) Iorsqu'il reçoit un signal de niveau logique t sur son entrée S (R) et un signal de niveau logique 0 sur son entrée R (S). Il fournit alors un signal IM de niveau logique t (Q) sur sa sortie Q.Le bistable FF2 étant en position t et le signal fourni sur son entrée S étant maintenu au niveau logique t, un signal de niveau logique t fourni sur son entrée R provoque son basculement en position O. Le signal IM fourni sur sa sortie Q passe au niveau logique O. Le passage au niveau logique O des signaux d'entrée provoque alors le passage au niveau logique t du signal fourni sur la sortie complémentaire Q, le signal IM étant maintenu au niveau logique O - une porte analogique SW2 commandée par les impulsions de sortie 'M du bistable FF2, dont l'entrée est connectée à la sortie complémentaire q du bistable FFt et dont la sortie est connectée à la deuxième extrémité de la résistance R. On décrira maintenant, en se reportant également aux courbes de la figure 2, le fonctionnement du générateur d'impulsions modulées en largeur de la figure t. On suppose tout d'sabord que le signal d'entrée Vs est positif On suppose également qu'à l'état initial, les portes SWT et SW2 sont ouvertes, aucune impulsion de rythme 'R n'étant fournie2 que le bistable iFt est en position t et que le bistable FF2 dont les deux entrées sont au niveau logique t est en position 0. Le signal de sortie IM est donc au niveau logique 0. A l'apparition d'une impulsion de rythme IR, la porte analogique SW1 se ferme et retransmet le signal d'entrée positif Vs au condensateur C qui se charge. L'amplitude du signal sc fourni à l'entrée sulveuse de I t amplificateur-comparateur AC augmente jusqu'à la tension +v du signal Vs: L'amplitude du signal de sortie sa de l'amplificateur-comparateur AC passe à +U volts (niveau logique t) Le bistable FF1 dont l'entrée de commande D est au niveau logique t se maintient en position I et fournit, sur sa sortie Q, un signal de commande sg de niveau logique 1.Ce signal est fourni, d'une part, à une entrée de la porte EO, d'autre part2 selon l'exemple choisi, à un circuit calibrateur ou2 dfune façon générale, à un dispositif d'affichage du signe de la tension du signal d'entrée Vs. La porte EO dont une entrée est au niveau logique t fonctionne en inverseur. Elle fournit donc un signal se complément logique du signal sa, donc de niveau logique 0. Le bistable EF2 qui reçoit un signal de niveau logique O sur son entrée R et un signal IR de niveau logique O sur son entrée S fournit sur sa sortie Q un signal IM de niveau logique O Ce dernier maintient la porte SW2 ouverte. L'annulation de l'impulsion de rythme IR commande l'ouverture de la porte SW1. Le signal d'entrée Vs n'est plus retransmis au condensateur C. Simultanément2 l'impulsion complémentaire IR, fournie par l'inverseur IN, passe au niveau logique t et commande le basculement en position 1 du bistable FF2. Le signal de sortie IM passe au niveau logique t et commande la fermeture de la porte SV2. Cette porte retransmet alors le signal de sortie rg fourni sur la sortie complémentaire Q du bistable FFI à l'extrémité de la résistance R. Ce signal est au niveau logique O Le bistable FF1 étant alimenté entre +U et -U, le niveau du signal rg est sensiblement égal à -U Le condensateur C, précédemment chargé sous la tension positive +v du signal Vs, est maintenant connecté entre la masse et la tension -U. Il se décharge donc rapidement et l'amplitude du signal sc décroît puis finalement s'annule.L'amplificateur- comparateur, dont les deux entrées sont portées au même potentiel, fournit un signal sa nui au bistable FF1 et à la porte EQ. En l'absence d'impulsion de rythme, ce signal est sans effet sur le fonctionnement du bistable EFI qui reste en position 1. Le signal reste au niveau logique 1. La porte EO dont une entrée est au niveau logique t fonctionne en inverseur. Elle fournit donc un signal de sortie se de niveau logique 1 complément logique du signal Sa. Le bistable FF2, précédemment mis en position t par le signal IR de niveau logique t fourni sur son entrée S et qui requit le signal se de niveau logique t sur son entrée R, passe en position 0. Le signal de sortie IM passe au niveau logique 0. Le signal IM de niveau logique O conm'ande l'ouverture de la porte analogique SW2, interrompant ainsi la connexion entre la résistance R et la sortie complémentaire Q du bistable FF1. Le bistable FF2 a donc fourni une impulsion IM dont la largeur est égale au temps de décharge du condensateur C primitivement chargé sous la tension du signal Vs. La largeur de l'impulsion IM dépend donc bien de l'amplitude du signal d'entrée Vs. Le fonctionnement du générateur de la figure t se poursuit de la façon précédemment décrite. On décrira maintenant, en se reportant également à la partie de droite des courbes de la figure 2, le fonctionnement du générateur d'impulsions de la figure t en supposant que le signal d'entrée Vs passe de +v volts à -v volts. Â l'apparition d'une impulsion de rythme IR, la porte analogique SW1 se ferme et retransmet le signal d'entrée négatif Vs au condensateur C qui se charge. L'amplitude du signal sc fourni à l'entrée suiveuse de l'amplificateur-comparateur AC diminue jusqu'à la tension -v du signal Vs. L'amplitude du signal de sortie sa de I'amplificateur-comparateur AC passe a à -U volts (niveau logique O). Ce signal est transmis à l'entrée de commande D du bistable EFI et à une entrée de la porte EO. Le bis table FFt dont T rentrée de commande D passe au niveau logique 0 bascule et fournit, sur sa sortie Q, un signai de commande sg de niveau logique O. Ce signal est transmis, d'une part, à un dispositif d'affichage du signe de la tension du signal d'entrée Vs, dtautre part, à une entrée de la porte logique EO. La porte logique EO dont une entrée est au niveau logique 0 fonctionne en transmetteur et fournit un signal se de niveau logique O à l'entrée R du bistable FF2. Le bistable FF2 dont l'entrée R est au niveau logique O et dont l'entrée S reçoit les impulsions de rythme complémentaires IR, donc un signai de niveau logique O, reste en position O. Le signal de sortie IM est maintenu au niveau logique O. L'annulation de l'impulsion de rythme IR commande l'ouverture de la porte analogique SW1. Le signal entrée Vs n'est plus retransmis au condensateur C. Simultanément, l'impulsion de rythme complémentaire IR, fournie par l'inverseur 'N, passe au niveau logique t et commande le basculement en position t du bistable FF2. Le signai de sortie IM passe au niveau logique t et commande la fermeture de la porte SW2. Cette porte retranamet aLars Le signal de sortie rg fourni sur la sortie complémentaire Q du bistable FFt à l'extrémité de la résistance R. Ce signal est au niveau logique t.Le bis table FF? étant alimenté entre +U et -U l'amplitude du signal rg est voisine de +U. Le condensateur G, précédemment charge sous la tension négative -v du signal d'entrée Vs, est maintenant connecté entre la masse et la tension +W. Il se décharge donc rapidement et l'amplitude du signal sc croit jusqu'à zéro. L'amplificateur- comparateur, dont les deux entrées sont au potentiel de référence fournit un signal sa nul au bistable FF1 et à la porte EO.Ce signal est sans effet sur le fonctionnement du bistable FPt qui ne reçoit aucun signal sur son entrée d'horloge CL , Le bistable FF1 reste en position O. Le signal sg est maintenu au niveau logique O La porte EO dont une entrée est maintenue au niveau logique 0 par le signal sg fonctionne en transmetteur et fournit un signal se de niveau logique f à l'entrée du bistable FF2 Le bistable FF2, précédemment mis en position t par le signal IR de niveau logique t fourni sur son entrée S, bascule en position O. Le signal IM passe au niveau logique O. Ce signal commande l'ouverture de la porte analogique SW2, interrompant ainsi la connexion entre la résistance R et la sortie complémentaire Q du bistable FF1. Le bistable FF2 a donc fourni une impulsion Im dont la largeur est égale au temps de décharge du condensateur C primitivement chargé sous la tension -s du signal d'entrée Vs. La largeur de l'impulsion I! dépend encore de l'amplitude du signal Vs Le fonctionnement du générateur de la figure t se poursuit de la façon précédemment décrite. Il est bien évident que la description qui précede n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Générateur de signaux modulés en largeur caractérisé par le fait qutil comprend notamment un premier commutateur dont l'entrée est connectée à une source de signal analogique, un circuit série composé notamment d'un condensateur et d'une résistance dont le point conmnm est connecté à la sortie de ce premier commutateur, un détecteur de polarité connecté à la sortie du commutateur, un deuxième con-aitateur dont Rentrée est connectée à une source de tension de polarité inverse de celle du signal analogique et dont la sortie est connectée audit circuit série, un détecteur de fin de décharge, un circuit à deux états et un circuit de sortie, ces différents éléments étant arrangés de façon que le premier et Le deurième coniaitateur étant placés dans 'me première position, le signal analogique est fourni au condensateur qui se charge et au détecteur de polarité qui fournit un signal traduisant la polarité du signal analogique, en réponse auquel le circuit à deux états est placé dans un état et fournit ladite tension de polarité inverse de celle du signal analogique, puis, le premier commutateur est mis dans une deuxième position et ne transmet plus le signal 1 analogique au condensateur, tandis que ledit circuit série connecté à la tension de polarité inverse de celle du signal analogique fournie par le circuit à deux états par l'inter- médiaire du deuxième commutateur également placé dans une deuxième position, se décharge, la fin de La décharge du condensateur étant détectée par ledit détecteur de fin de décharge, de sorte que le circuit de sortie fournisse une impulsion dont la largeur dépend de l'amplitude du signal analogique, quelle que soit sa polarité, qui commence lorsque les commutateurs sont mis dans leur deuxième position et se termine lorsque le détecteur de fin de décharge fonctionne 2. Générateur de signant tel que défini en t, caractérisé par le fait que le détecteur de polarité est un amplificateur differentiel dont une entrée est connectée à la sortie du premier commutateur et dont l'autre entrée est connectée à une source de tension de référence. 3. Générateur de signaux tel que défini eu 1, caractérisé par le fait que le détecteur de fin de décharge est un amplificateur différentiel dont les entrées sont respectivement connectées aux bornes du condensateur et qui fournit un signal de sortie nul lorsque ce condensateur est déchargé 4. Genérateur de signaux tel que défini en t, caractérisé par le fait que le circuit à deux états comprend notamment un circuit bis table dont une entrée de commande est connectée à la sortie du détecteur de polarité et qui fournit sur une de ses sorties une tension de polarité inverse transmise à l'entrée du deuxième commutateur. 5. Générateur de signaux tel que défini en 2 et 3, caractérisé par le fait que le détecteur de polarité et le détecteur de fin de décharge sont un seul et meme amplificateur différentiel. 6. Générateur de signaux tel que défini en 4, caractérisé par le fait que le circuit de sortie comprend une porte logique réalisant la fonction "OU EXCLUSIF"' dont une entrée est connectée à la sortie du détecteur de fin de décharge et dont l'autre entrée est connectée à une sortie dudit circuit bistable.