Brevet FR2349239A1 — publié le 19771118

La présente invention concerne des perfectionnements aux convertisseurs analogique-numérique et plus particulièrement aux convertisseurs qui fonctionnent selon la méthode dite "par approximations successives". Les convertisseurs analogique-numérique qui fonctionnent selon la méthode dite par approximations successives sont particulièrement bien adaptés pour des applications qui demandent un codage raide et précis. De tels convertisseurs sont par exemple proposés par le fabricant américain "Analog Devices, Zinc." dans la série ADC-F. Ces convertisseurs comportent classiquement un comparateur qui compare une tension analogique d'entrée à la valeur affichée, un circuit logique de commande qui, en réponse à l'informa- tion de sortie du comparateur, commande la mise en 1 ou en O des bascules d'un registre en commençant par les bascules d'ordre le plus élevé et un circuit de conversion numérique à analogique qui permet d'appliquer audit comparateur la tension analogique correspondant au code affiché par ledit registre. Lorsque la tension analogique d'entrée est susceptible de varier rapidement, il est alors nécessaire de prévoir un circuit d'échantillonnage et de maintien qui permet d'échantillonner la tension d'entrée à un instant précis et de maintenir la valeur de ltéchantillon pendant toute la durée de l'opération de codage. Un multiplexeur analogique à plusieurs entrées peut aussi entre prévu lorsqu'un meme convertisseur doit etre utilisé pour plusieurs tensions d'entrée. Le code obtenu à l'aide d'un convertisseur tel que décrit ci-dessus diffère du code théorique du fait d'un certain nombre d'erreurs introduites par les différents composants et, si certaines d'entre elles peuvent etre estimées, d'autres sont très difficiles à évaluer car elles dépendent de plusieurs facteurs n'ayant aucun lien entre eux. Par exemple, le circuit dtéchantillon- nage et de maintien est la source d'erreurs qui dépendent, entre autres, de la valeur de la tension analogique d'entrée. Aussi, un objet de la présente invention est un convertisseur analogique à numérique fonctionnant selon la méthode dite par approximations successives et fournissant un code corrigé dans lequel les erreurs, introduites par les composants et mentionnées ci-dessus, n'interviennent pas. Selon l'invention, on prévoit un convertisseur analogique à numérique fonctionnant selon la méthode dite par approximations successives et adapté à fournir un code corrigé comprenant - un circuit multiplexeur d'entrée à plusieurs entrées appliquant sur sa sortie le signal analogique qui apparait sur l'entrée sélectionnée ; - un circuit d'échantillonnage et de maintien recevant le signal analogique de ladite entrée sélectionnée ; - un comparateur recevant sur une première entrée le signal de sortie dudit circuit d'échantillonnage et de maintien et sur une deuxième entrée la tension analogique correspondant à un code affiché ; - un circuit logique de commande recevant le signal de sortie dudit compa rateur - un registre à n+l bascules qui sont positionnées sous le contrôle dudit circuit logique de commande en commençant par les bascules d'ordre le plus élevé ;; - un circuit de conversion numérique à analogique faisant correspondre au code affiché, représenté par l'état des bascules dudit registre, une tension analogique qui est appliquée à ladite deuxième entrée du comparateur, et ca ractérisé en outre en ce que ladite tension analogique appliquée à la deuxi & me entrée du comparateur est également appliquée à une entrée dudit circuit multiplexeur d'entrée et que cette entrée est sélectionnée une fois sur deux sous le contrôle dudit circuit logique de commande ; et en ce qu'il comprend encore un circuit arithmétique de correction d'erreur four nissant, sous le contrôle dudit circuit logique de commande, un code corrigé à partir des codes affichés obtenus en sortie dudit registre, d'abord lorsqutune entrée quelconque du circuit multiplexeur d'entrée a été sélec tionnée,puis lorsque l'entrée reliée à la sortie dudit circuit de con version aBté sélectionnée, ledit circuit arithmétique de correction d'erreur corrigeant le premier code à l'aide de la différence entre le premier et le deuxième codes obtenus. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 représente un schéma général d'un convertisseur analogique à numérique d'un type connu et fonctionnant par approximations successives ; - la figure 2 montre les perfectionnements à apporter au convertisseur de la figure 1 en accord avec les principes de l'invention. Le schéma de la figure 1 montre un convertisseur analogique à numérique connu dans l'art antérieur et prévu pour coder numériquement plusieurs signaux analogiques. Un circuit multiplexeur 1 choisit un des p signaux analogiques d'entrée qui est appliqué à un circuit d'échantillonnage et de maintien 2. La sortie du circuit 2 constitue une des deux entrées d'un com- parateur 3. La sortie du comparateur 3 est appliquée à un circuit logique de commande 4, lequel commande un registre à n+l étages 5. Les sorties du registre 5 représentent le code affiché et ce code est appliqué à un circuit de conversion numérique à analogique comprenant un circuit de référence de tension 7 et un réseau de résistances et de commutateurs 6 et par l'intermédiaire duquel une tension analogique correspondant au code affiché est appliquée à la deuxième entrée du comparateur 3. On rappellera brièvement le fonctionnement d'un tel convertisseur. La sortie du comparateur 3 indique si la tension analogique correspondant au code affiché dans le registre 5 est inférieure ou supérieure à la tension de sortie du circuit d'échantillonnage et de'maintien 2. Si elle est inférieure, le circuit logique de commande met à 1 une des bascules du registre 5 en commençant par les bascules d'ordre le plus élevé. Si elle est supérieure, le circuit logique de commande remet à zéro la dernière bascule précédemment mise à 1 et met à 1 la bascule de rang immédiatement inférieur, Le code affiché est disponible lorsque toutes les bascules du registre 5 ont été examinées. Le code affiché obtenu à partir d'un convertisseur tel que décrit ci-dessus diffère du code recherché du fait d'un certain nombre d'erreurs. Il y a l'erreur due à la quantification. Cette erreur dépend du nombre de bits utilisés et elle est parfaitement connue. I1 y a l'erreur due à la dérive dans le temps de la référence de tension. Cette dérive est en général bien spécifiée et de plus elle n'affecte pas la valeur relative des différentes mesures. Une autre source d'erreurs provient du réseau de résistances et de commutateurs 6 qui introduit des non-linéarités dans la loi de conversion numérique à analogique. La tension de faux zéro d'entrée du comparateur 3 crée une erreur correspondante sur le code affiché. Le circuit multiplexeur d'entrée 1 introduit également une erreur due à la résistance série non nulle de la voie sélectionnée et aux résistances de fuite des voies non sélectionnées. Le circuit d'échantillonnage et de maintien 2 est la source d'erreurs de types variés parmi lesquelles on peut citer : l'erreur due au gain et à la tension de faux zéro d'entrée de l'amplificateur, l'erreur de linéarité, les erreurs dues aux phénomènes transitoires à ltouverture et à la fermeture, les erreurs dues au temps d'ouverture limité, etc... Une limite supérieure de l'erreur introduite par les circuits 1, 3, 6 et 7 peut être estimée à partir de leurs spécifications mais il apparatt que l'erreur pré pondérante est due au circuit 2 lorsque la variation des tensions analogiques d'entrée est rapide et que la précision requise du convertisseur est élevée. De plus, l'évaluation de cette erreur est difficile étant donnée la diversité de ses causes. Aussi est-il proposé, selon l'invention, de modifier le circuit de la figure 1 pour éviter les inconvénients exposés ct-dessus. A la fin de l'opération de codage, le code obtenu représente la tension analogique d'entrée aux erreurs précitées près. Pour corriger le code obtenu, il est proposé de le réintroduire, après décodage, sur une entrée supplémentaire du multiplexeur d'entrée et de réaliser alors une nouvelle opération de codage dans des conditions qui sont très voisines des conditions précédentes.Le schéma de la figure 2 montre les modifications à apporter au circuit de la figure 1. On retrouve un multiplexeur d'entrée 1 qui comporte p+l entrées, un circuit d'échantillonnage et de maintien 2, un comparateur 3, un circuit logique de commande 4, un registre 5, un réseau de résistances et de commutateurs 6 et un circuit de référence de tension 7. La sortie du réseau de résistances et de commutateurs 6 est maintenant appliquée également sur l'entrée supplementaire du multiplexeur 1. Cette entrée est sélectionnée une fois sur deux sous la commande du circuit logique de commande 4. Un circuit arithmétique de correction d'erreur 8 est prévu pour délivrer un code corrigé à partir de deux états successifs des sorties du registre 5. Le fonctionnement du convertisseur selon l'invention est alors le suivant.Une voie d'entrée du multiplexeur 1 ayant été sélectionnée, le codage de la tension correspondante est effectué selon la méthode du circuit non modifié. Un premier code C1 est alors obtenu dans le registre 5 à l'issue de n+l approximations successives (n bits significatifs plus un bit de signe). Selon l'invention, on utilise la tension de sortie du réseau de résistances et de commutateurs 6 correspondant à ce code C1 pour effectuer un deuxième codage dans des conditions très voisines du premier. Cette tension est appliquée à l'entrée p+l du multiplexeur 1 qui est alors sélectionnée. Après n+l approximations successives, un code C2 est obtenu dans le registre 5. Ce code C2 diffère du premier code C1 par la somme des erreurs énumérées précédemment.En d'autres termes, l'écart entre les codes C1 et C2 est égal à l'écart entre le code théorique représentant la tension d'entrée à mesurer et le premier code C1. Le circuit arithmétique de correction d'erreur 8 délivre alors à partir des codes Cl et C2 un code corrigé C égal à Cl+(Cl-C2). Ce code corrigé C est alors indépendant des erreurs introduites par les différents composants sur chacune des mesures précédentes. On peut toutefois noter que pour ne pas accroitre l'erreur de quantification, les codes C1, C2 et C doivent etre obtenus avec un pas de quantification plus faible que celui utilisé dans le circuit de la figure 1. Cela est obtenu en augmentant le nombre de bascules du registre 5. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'un exemple particulier de réalisation, il est clair qu'elle n'est pas limitée audit exemple et qu'elle est susceptible de modifications ou variantes sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Convertisseur analogique à numérique fonctionnant selon la méthode dite par approximations successives comprenant : - un circuit multiplexeur d'entrée à plusieurs entrées appliquant sur sa sortie le signal analogique qui apparait sur l'entrée sélectionnée ; - un circuit d'échantillonnage et de maintien recevant le signal analogique de ladite entrée sélectionnée ; - un comparateur recevant sur une premiète entrée le signal de sortie dudit circuit d'échantillonnage et de maintien et sur une deuxième entrée la tension analogique correspondant à un code affiché ; - un circuit logique de commande recevant le signal de sortie dudit compa rateur ;; - un registre à n+l bascules qui sont positionnées sous le contrôle dudit circuit logique de commande en commençant par les bascules d'ordre le plus élevé - un circuit de conversion numérique à analogique faisant correspondre au code affiche représenté par ltétat des bascules duditregistre, une tension analogique qui est appliquée à ladite deuxième entrée du comparateur, carac térisé en ce que ladite tension analogique appliquée à la deuxième entrée du comparateur est également appliquée à une entrée dudit circuit multi plexeur d'entrée et que cette entrée est sélectionnée une fois sur deux sous le contrôle dudit circuit logique de commande ; et en ce qu'il comprend en outre un circuit arithmétique de correction d'erreur fournissant, sous le contrôle dudit circuit logique de commande, un code corrigé à partir des codes affichés obtenus en sortie dudit registre, d'abord lorsqu'une entrée quelconque du circuit multiplexeur d'entrée a été selectionnée, puis lorsque l'entrée reliée à la sortie dudit circuit de conversion a été sélectionnée, ledit circuit arithmétique de correction d'erreur corrigeant le premier code àl'aide de la différence entre le premier et le deuxième codes obtenus. 2. Convertisseur analogique à numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit code corrigé fourni par le circuit arithmétique de correction d'erreur est égal à la somme dudit premier code obtenu et de la différence desdits premier et deuxième codes obtenus.