Brevet FR2389940A1 — publié le 19781201

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la multiplication de signaux et leur élévation à une puis sanve. la multiplication de signaux analogiques et leur élévation à une puissance s'effectuent couramment à l'aide d'éléments de trans fert à courbe caractéristique non linéaire, par exemple à 11 aide de diodes à semi-conducteurs et éléments analogues, la précision que l'on peut atteindre étant relativement faible en raison des courbes caractéristiques des semi-conducteurs et de leur dépendance de la température. En général, les signaux numériques sont soumis aux opérations de calcul les plus diverses, par exemple à la multiplication et à l'élévation à la puissance, au moyen des calculateurs numériques qui leur sont adaptés ; dans un grand nombre de cas, cela représente une dépense indésirable en matière de technique de couplage. Si on veut mettre à profit pour les signaux analogiques la précision élevée des calculateurs numériques, il faut monter, en avant de ce calculateur, un convertisseur analogique-numérique, ce qui augmente encore la dépense. C'est donc un but de l'invention de créer un procédé et un dispositif adapté à la mise en oeuvre de ce procédé pour multiplier des signaux ou les élever à la puissance qui, malgré leur simplicité, permettent d'obtenir une précision relativement grande et permettent de recevoir directement des signaux analogiques. Le procédé proposé par l'invention est caractérisé en ce qu1il est formé un premier intervalle de temps correspondant à la grandeur d'un signal d'entrée, et en ce qu'il est effectué une intégration du signal d'entrée sur un deuxième intervalle de temps qui est associé au premier intervalle de temps suivant une fonction pré-donnée.Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est prévu un intégrateur qui peut btre commuté du côté entrée entre au moins un signal d'entrée et un signal de fonction à intégrer de référence, de polarité inverse de celle du signal d'entrée, ainsi qu'un compteur avançant pas à pas en fonction de la sortie de cet intégrateur sous l'action d'impulsions d'horloge, et un dispositif de commutation commandé par la polarité du signal de sortie de l'intégrateur, pour former le premier et le deuxième intervalle de temps, qui est en liaison de commande avec le compteur.Un avantage notable du procédé et du dispositif selon l'invention est que l'intégration des signaux par rapport au deuxième intervalle de temps fournit une valeur d'intégrale ou une valeur. moyenne de temps qui se prote parfaitement à la transformation en signal numérique, cette transformation pouvant s'effectuer pratiquement sans dépense supplémentaire avec le mbme dispositif de couplage, notamment au moyen du compteur déjà existant, par comptage d'un intervalle de temps correspondant à la valeur d' intégrale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est le schéma de principe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'élévation au carré de signal avec transformation analogique-numérique - les figures 2a à 2 sont des diagrammes multiples de signal par rapport au temps permettant d'expliquer le fonctionnement du dispositif selon la figure I ;; - la figure 3 est le schéma de principe d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'élévation au carré de signal avec transformation analogique-numérique - les figures 4a à 4 sont des diagrammes multiples de signal par rapport au temps permettant d'expliquer le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 3 ; - la figure 5 est le schéma de principe d'un multiplicateur de signaux pour multiplier entre eux deux signaux avec transformation analogique-numérique. On admettra que, pour simplifier les choses, on a utilisé les mimes signes de référence pour les signaux formés à des raccordements déterminés d'élélm?nts du dispositif, et pour les raccordements en question, lorsqu'il est nécessaire de les mentionner à part. Dans le dispositif représenté sur la figure 1, un signal d'entrée analogique ue à élever au carré et un signal également analogique de fonction à intégrer de référence ur sont transmis à un commutateur d' entrée S. Ces signaux sont tour à tour transmis, selon les positions de coanmutation désignées par O et L du commutateur S qui correspondent aux valeurs binaires d'un signal de commande de eommutation z à l'entrée avec inversion d'un intégrateur IT.Un commutateur à seuil SS transforme la polarité du signal de sortie dtin- tégrateur u en un signal de sortie binaire x qui, par l'intermédiaire d'une porte ET GA1, met en connection une entrée d'impulsion d'hor- loge C avec l'entrée de comptage NC d'un compteur N qui peut sistre commuté entre comptage direct et comptage inverse par une entrée de direction de comptage ND. Le niveau de comptage apparat sous forme de signal de comptage binaire n à une sortie multiple correspondante. Un circuit NI GNO qui est raccordé au compteur et qui a une sortie y commande une bascule bi-stable de comptage FT2 à sortie w qui, elle-même, détermine avec la sortie v d'une bascule bi-stable de comptage FT1 commandée par la sortie x la position de commutation d'une porte OU exclusive GX1 qui détermine elle-mame par sa sortie z la position du commutateur d'entrée s PTI, PT2 et N sont raccordés par des entrées correspondantes à une entrée de remise à zéro commune R. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante (voir figure 2). Dans un intervalle de temps initial T0 on intègre ue avec signe négatif, u passant de la valeur de sortie d'intégrale O à la valeur d'intégrale uO. Après cette première intégration s'effectue une deuxième intégration après commutation de S sur ur pendant un premier intervalle de temps T1 de l'instant to à l'instant t1, avec la valeur intégrale O qui, lorsqu'elle est atteinte, détermine la fin de l'intervalle de temps T1. 'instant t0 a été atteint par l'arrivée du signal de comptage à la valeur n = 01, avec la valeur L du signal de sortie y de la porte GNO constante pour un intervalle d'horloge Tc et avec commutation de S par l'intermédiaire de GNO avec z et de FT2 avec w suivant la figure 2e ; et, comme le montre la figure 2c, 11 opération de comptage s'effectue pendant T0, en partant d'une position initiale de compteur pré-donnée nO qui correspond par exemple à la capacité maximale du compteur. Par contre, l'intervalle de temps T1 est déterminé par le retour à la valeur initiale d'intégrale, c'est-à-dire zéro dans le cas présent, avec passage correspondant du signal de sortie x de SS de L sur 0 à l'instant t1* Etant donné que la durée de T0 est déterminée de façon fixe, T1 correspond, avec une constante de proportionnalité, à la valeur moyenne temporelle de ue pendant la durée To. Pendant T1, cet intervalle est compté en intervalles d'horloge Tc de sorte que la valeur n1 du signal de comptage à l'instant t1 est également proportionnelle à la valeur moyenne d' intégrale de ue pendant 1' in- tervalle de temps 0 ou, lorsque ue est constant, à la valeur de ce signal d'entrée. Â l'instant tl, il se produit par l'intermédiaire de FTî et de Gil une nouvelle commutation de S, de sorte qu'il s'effectue à nouveau, suivant la figure 2a, une intégration par rapport à ue, c'est-à-dire dans le sens négatif de u. On a représenté sur les figures 2b et 2d la commutation de PT1 avec la sortie v sous l'effet du flanc négatif de x à l'instant t1. Par suite de l'inversion de sens de l'intégration à l'instant t1, SS-est de nouveau commuté au bout dtun court intervalle de temps, de sorte qu'il y a une courte impulsion négative de x.En même temps que s'effectue la commutation de FT1 et de v à l'instant t1, il se produit une inversion du sens de comptage de N par l'intermédiaire de ND, c'est-à-dire qu'il y a comptage inverse revenant de n1 à n = O à l'instant t2 (figure 2cY, ce qui détermine un deuxième intervalle de temps T2 = 1- Pendant T2 s'effectue à nouveau une intégration de signal d'entrée avec ue jus qu'à une valeur intégrale u2 de u, suivant la figure 2a. Les succes suions de comptage partielles de sens contraire du compteur X, de O à n1 puis retour à 0, sont donc associées aux intervalles de temps T1 et T2 qui sont ici égaux. En partant du fonctionnement décrit, et en se basant notamment sur l'égalité entre T1 et T2, on a les relations suivantes (1) u2 = eonst. . ue.T2 (2) T2= T1 (3) T1 = T (3) T1 = To.ue/ur (4) u2 = const.. To.ue ur On a donc ainsi réalisé sous la forme du signal u2 l'élévation au carré du signal d'entrée.De plus, par suite de la commutation de S à l'instant t2 avec le passage à zéro de n, et sous l'action du flanc positif de y, et du retour correspondant de L à O de FT2 avec w, selon les figures 2c et 2e, on réalise une nouvelle intégration avec ur sur un troisième intervalle de temps T3 qui est déterminé par le passage à zéro de u à l'instant t3 et correspond donc à la valeur de u2. En même temps, T3 est compté en intervalles d'horloge Tc, et est donc transformé à l'instant t3 en un signal de sortie numérique (5) n a = const. . u2 e ce qui réalise donc sans dépense supplémentaire la transformation analogique-numérique. On peut obtenir sans difficulté une élévation du signal à une puissance plus élevée en utilisant comme intervalle d'intégration pour une nouvelle intégration de signal d'entrée le troisième intervalle de temps, à la place ou en supplément d'un comptage par intervalles d'horloge. La valeur intégrale obtenue peut à nouveau être utilisée pour une transformation en un nouvel intervalle de temps pour le comptage et pour obtenir un signal de sortie- numérique. Au lieu de donner la même valeur au premier et au deuxième intervalle de temps, on peut également prévoir entre ces intervalles de temps un rapport différent de l'unité, ce qui permet d'obtenir d'autres fonctions avec élévation à la puissance du signal d'entrée. En général, on déterminera le rapport entre oes deux intervalles de temps suivant une fonction rationnelle entière, parce que ce rapport est facile à réaliser. Notamment, on peut à titre d'exemple adopter pour ce rapport une fonction linéaire. Dans le mode de réalisation selon la figure 3, on a pris comme exemple la relation (6) T2 = T0 - T1 Ce mode de réalisation a en outre l'avantage entre particulièrement simple au point de vue technique de couplage parce qu'il ne nécessite que des compteurs à sens de comptage unique. Les éléments de dispositif et les signaux correspondants ou ayant le méme rôle que dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 ont reçu les mimes signes de référence.Il est donc inutile de décrire à nouveau le dispositif d'entrée avec les éléments S, IT et SS, et les variations des signaux dans le temps suivant les figures 4a, 4b et 4f qui correspondent à celles que représentent les figures 2a, 2b et 2f. La sortie x du dispositif suivant la figure 3 met en connection l'entrée d'impulsion dthorloge C, par l'intermédiaire d'une porte ET GÂ, avec une entrée de comptage NC' d'un dispositif de comptage N' avec signal de comptage n et sortie MSB pour la position binaire à valeur maximale. Le reste du dispositif résulte, en plus, des diagrammes par rapport au temps représentés sur les figures 4a à 4f, en liaison avec le mode de fonctionnement ci-après. Pendant l'intervalle de temps D0 s'effectue l'intégration initiale de ue par comptage de n = O jusqu'à la demi-capacité nO/2 de B' à l'instant to. Â ce moment, X apparat à MSB et il est maintenu pendant que le compteur N' parcourt sa deuxième demi-capacité, c'est-à-dire jusqu'à l'instant t2, i partir duquel débute un nouveau comptage depuis 0 sans aucune opération d'inversion de sens. Ia relation (6) ci-dessus se trouve donc déjà réalisée. La commutation de S à l'instant to est réalisée à partir de iBB par l'intermédiaire d'une porte OU GX2 à sortie z, la commutation à l'instant t1 de x s'effectue par l'intermédiaire d'un invertisseur Iv, d'une porte ET GA2 également couplée avec MSB et de la sortie FF1 d'une bascule bi-stable FF ainsi que de GX2, et la commutation à l'instant t2 provoque le passage à zéro de n avec disparition de L à MISS. Â l'instant t3, il y a à nouveau commutation de S par z, par l'intermédiaire du canal de commande susdit, suivie très rapidement du déclenchement du rappel à zéro de l'ensemble du dispositif par l'intermédiaire de R. La formation de fonction de ue suivant les différents intervalles de temps s'effectue d'après les relations suivant e s (7) u2 = const. .ue.T2 ; d'oh, en combinant avec (6), on tire (8) T1 = T0 . ue/ur et (9) u2 = const. . To(1 - ue/ur).ue, ce qui donne déjà une fonction du deuxième degré de ue par combinaison linéaire de T1 et T2. De plus, on a en raison de la troisième intégration par rapport à l'intervalle de temps T3 : (lo) u2 = const. .T3.ur et (il) T3 = To.ue/ur - To.ue/ur pour réaliser le comptage et la transformation numérique ainsi que pour former par exemple l'expression souhaitée, simplement du second degré (12) T1 - T3 = To.ue/ur. Les valeurs de signaux de comptage n1 et n3 correspondant à T1 et à T3 sont formées dans N' suivant la figure 4c et sont combinées suivant (12) au moyen d'un soustracteur N" à entrée de commande de signe ND" travaillant en série. La subordination entre l'intervalle d'intégration de référence T2 et l'intervalle d'intégration de signal d'entrée T s'effectue donc ici par l'intermédiaire des successions de comptage partielles correspondantes n1 et n0 - n1 - n0/2 suivant la figure 4c. On a représenté sur la figure 5 un dispositif multiplicateur avec deux signaux d'entrée uej et ue2 en sus du signal de fonction à intégrer de référence ur et avec un commutateur d'entrée à trois positions correspondant S'. La commande à trois valeurs correspondante s'effectue, comme on le voit facilement grâce au schéma, au moyen de deux portes ET supplémentaires GA3 et GÂ4. Le fonctionnement se distingue essentiellement de celui du dispositif représenté sur la figure 1 par le fait que, dans l'intervalle de temps T2, il s'effectue une intégration par rapport au deuxième signal d'entrée au lieu d'une intégration par rapport au signal de fonction à intégrer de référence. REVENDICssTIONS 1. Procédé de multiplication de signaux ou de leur élévation bune puissance, caractérisé en ce qu'il-est formé un premier intervalle de temps (T1) correspondant à la grandeur d'un signal d'entrée et en ce qu'il est effectué une intégration du signal d'entrée sur un deuxième intervalle de temps (T2) qui est associé au premier intervalle de temps (T1) suivant une fonction pré-donnée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé un premier intervalle de temps (T1) correspondant à la grandeur d'un premier signal d'entrée (ue1) et en ce qu'un deuxième signal d'entrée (ue2) est intégré sur le deuxième intervalle de temps (T2) associé au premier intervalle de temps (T1). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé un premier intervalle de temps (T1) correspondant à la grandeur d'un signal d'entrée unique (ue) et en ce que ce signal d'entrée (ue) est de plus intégré sur le deuxième intervalle de temps (T2) associé au premier intervalle de temps (T1). 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est formé un troisième intervalle de temps (e3) correspondant à la grandeur de la valeur intégrale (u2) obtenue par intégration sur le deuxième intervalle de temps (T2) et en ce que ce troisième intervalle de temps est transformé en signal de sortie numérique (na) par comptage suivant des intervalles d'horloge pré-donnés (T ). o 5. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé èn ce qu'il est formé un troisième intervalle de temps (T3) correspondant à la grandeur de la valeur intégrale (u2) obtenue par intégration sur le deuxième intervalle de temps (T2) et- en ce que cet intervalle de temps est utilisé pour une nouvelle intégration. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième intervalle de temps (T2) est associé au premier intervalle de temps (T1) d'après une fonction rationnelle entière, notamment une fonction linéaire. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième intervalle de temps (T2) est au moins approximativement égal au premier intervalle de temps ( 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un signal d'entrée (ue) est soumis à une première intégration sur un intervalle initial pré-donné (To) à partir d'une valeur d'intégrale initiale pré-donnée (Q), en ce qutà partir de la valeur intégrale (io) ainsi obtenue, il est effectué une deuxième intégration avec un signal de fonction à intégrer de référence de polarité inverse de celle du signal d'entrée (ue), jusqu'à ce que soit atteinte à nouveau la valeur initiale d'intégrale (O), et en ce que l'intervalle dtin- tégration de la deuxième intégration ainsi déterminé est utilisé comme premier intervalle de temps (T1) correspondant à la grandeur du signal d'entrée (ue). 9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à partir de la valeur intégrale (u2) obtenue par intégration du signal d'entrée (ue) par rapport au deuxième intervalle de temps (T2 " il est effectué une intégration avec un signal de fonction à intégrer de référence (ur) de polarité inverse de celle du signal d'entrée, jusqu'à ce que soit atteinte à nouveau la valeur initiale d'inté- grale (o) existant au début du deuxième intervalle de temps (T2), et en ce que l'intervalle d'intégration ainsi déterminé est utilisé comme troisième intervalle de temps (T3) à décompter pour former un signal de sortie (na) numérique. 10. Dispositif adapté à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un intégrateur (IT) commutable du côté entrée entre au moins un signal d'entrée (ue, ueî, ue2) et un signal de fonction à intégrer de référence (ur) de polarité inverse de celle du signal d'entrée, ainsi qu'un compteur (N, N') comptant des impulsions dthorloge en fonction de la sortie de cet intégrateur, et un dispositif de commutation (FT FT2, GX1 ou FF, GX2), commandable par la polarité du signal de sortie d'inté- grateur (u), pour former le premier et le deuxième intervalle de temps (Tt, T2), qui est en liaison de commande avec le compteur (N, N'). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un compteur (N) à sens de comptage inversable dont les successions de comptage partielles en sens contraire entre des valeurs limites pré-données (O), d'une part, et une valeur obtenue par inversion de polarité de la sortie de l'intégrateur, d'autre part, sont associées respectivement au premier et au deuxième intervalle de temps (T1, T2). 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un compteur (N') ne comptant que dans un seul sens, dont les successions de comptage partielles coIncident respectivement avec un intervalle d'intégration de référence et avec un intervalle d'intégration de signal d'entrée sont associées respectivement au premier et au deuxième intervalle de temps (T1 T2). 13. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu pour l'intégrateur (IT) un commutateur d'entrée (S') avec des entrées, connectées tour à tour, pour au moins deux signaux d'entrée (ue1, ue2) et un signal de fonction à intégrer de référence (ur).