Brevet FR2465366A1 — publié le 19810320

Circuit de décalage de tension pour amplificateur à basse tension La présente invention est relative aux préamplificateurs applicables dans la technique des convertisseurs analogiques numériques, et plus particulièrement à un circuit de décalage de tension pour un préampli- ficateur à faible bruit. La presque totalité des appareils de mesure électriques de fabrication courante comportent des moyens pour régler l'indicateur au zéro. Dans les appareils de mesure analogiques, le réglage de zéro comprend habi- tuellement des moyens de réglage mécaniques, et dans les appareils de mesure numériques, ces moyens de réglage sont constitués par un cir- cuit qui injecte une tension choisie ou réglable en un point du cir- cuit de l'appareil. Dans les appareils de mesure numériques qui utili- sent un convertisseur analogique-numérique, de tels circuits de déca- lage de tension sont généralement disposés à l'entrée de l'amplifica- teur qui attaque le convertisseur analogique-numérique. Dans les modè- les de convertisseurs analogiques-numériques courants, on utilise une fonction de mise à zéro automatique permettant une phase initiale de mise à zéro précédant chaque phase de mesure du cycle de conversion. La phase de mise à zéro automatique à l'intérieur du convertisseur a- nalogique-numérique est utilisée principalement pour compenser les er- reurs de tension sur les condensateurs d'intégration, l'amplificateur séparateur et les comparateurs à l'intérieur du convertisseur analogi- que-numérique lui-même. Un signal de mise à zéro automatique est cepen- dant aussi rendu disponible comme signal de sortie utilisable dans les circuits externes au convertisseur. Un convertisseur analogique-numé- rique typique à mise à zéro automatique est par exemple, le convertis- seur à double rampe type ICL 7106 fabriqué par Intersil. En utilisant des circuits de décalage agissant à l'entrée de l'amplifi- cateur qui précède le convertisseur analogique-numérique, le signal de tension de décalage est défavorablement affecté par le gain de 1' amplificateur et l'erreur de tension interne de l'amplificateur. Par suite, le réglage de la tension de décalage pour compenser les varia- tions du capteur de mesure et les impédances variables du circuit est difficile et sujet à l'imprécision. L'invention a pour objet un circuit de décalage de tension applicable à la correction des erreurs de décalage de tension qui se présentent dans un amplificateur de courant continu à faible niveau. Suivant l'invention, il est prévu un circuit de décalage de tension utilisable avec un amplificateur ayant une entrée et une sortie, ladite entrée étant branchée pour recevoir des signaux d'entrée et ledit cir- cuit de décalage est caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de contreréaction pour corriger les tensions de décalage internes produi- tes par ledit amplificateur, ledit circuit de contreréaction comprenant un condensateur relié d'un coté à la sortie dudit amplificateur, et des moyens de commutation agissant dans une première position pour relier l'autre coté dudit condensateur à la masse, et pour relier l'entrée dudit amplificateur à la masse, formant ainsi une boucle de contreré- action entre l'entrée est la sortie dudit amplificateur, et agissant dans une seconde position pour isoler ledit circuit de contreréaction et pour brancher l'entrée dudit amplificateur de manière à recevoir lesdits signaux d'entrée; des moyens générateurs de tension branchés entre ledit autre coté dudit condensateur et la masse pour fournir une tension de décalage additionnelle dans ladite boucle de contreréaction; et des moyens pour régler ladite tension de décalage additionnelle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en relation avec le dessin annexé qui re- présente un diagramme schématique d'un circuit conforme à l'invention. Sur la figure unique, un circuit de décalage de tension 2 est inter- connecté, selon l'invention, entre un amplificateur 4 et un convertis- seur analogique numérique 6. Le circuit de décalage de tension 2 com- porte des commutateurs S1, S2, S3, des moyens générateurs d'une ten- sion variable 8 et des résistances fixes 10,12 et 14. Le commutateur S1 peut être fermé pour appliquer le signal d'entrée El sur la ligne ?4 63366 à l'amplificateur 4. Le commutateur S2 peut être fermé pour relier le potentiel de masse à l'amplificateur 4. Le commutateur S3 est fer- mé pour relier la sortie de l'amplificateur 4 au potentiel de masse à travers les résistances 12 et 14. L'amplificateur 4 comporte un circuit d'amplification 16 ayant une borne d'entrée non-inverseuse 18 et une borne d'entrée inverseuse 20. La borne 18 est reliée à un circuit de décalage de tension 2 par l'in- termédiaire d'une ligne 22. La borne 20 est reliée au potentiel de masse par une résistance 24, et à la ligne de sortie 26 du circuit 16 par une résistance 28. La ligne de sortie 26 du circuit 16 est reliée à un coté d'un condensateur C qui a son autre coté relié au circuit de décalage 2 par une ligne 30 et au convertisseur 6 par une ligne 32. La ligne 32 est en particulier reliée à une borne d'entrée à haute impé- dance du convertisseur 6 qui a sa ligne d'entrée à basse impédance re- liée à la masse. Une borne de mise à zéro automatique 34 du convertis- seur 6 fournit un signal de mise à zéro au circuit de décaolage 2 par l'intermédiaire d'une ligne 36. Le signal de mise à zéro sur la ligne 36 agit pour ouvrir et fermer les commutateurs Sl,S2 et S3 comme indi- qué par les lignes en trait interrompu. Les commutateurs Sl,S2 et S3 sont interconnectés pour opérer dans l'une ou l'autre de deux positions, à savoir S2 et S3 fermésavec Sl ouvert, et S2 et S3 ouvertsavec SI fer- mé. Dans le premier cas, l'amplificateur 4 est effectivement branché dans une boucle de contreréaction pour laquelle la ligne de sortie 30 est à la masse à travers les résistances 12 et 14 et la borne d'entrée noninverseuse 18 du circuit 16 est aussi à la masse par la ligne 22 et le commutateur S2. La boucle de contreréaction est ainsi branchée pen- dant une phase de remise à zéro automatique du fonctionnement comme il est habituel dans les convertisseurs analogiques-numériques ayant un mode de mise à zéro automatique. Quand les commutateurs sont dans la phase de mesure du fonctionnement, le commutateur SI est fermé et les commutateurs S2 et S3 sont ouverts. Dans cette phase, les signaux de tension d'entrée de différents cap- teurs (non représentés) sont appliqués par la ligne 22 au circuit d'amplificateur 16 et ensuite au convertisseur 6. En fonctionnement, le circuit de décalage 2 est d'abord utilisé dans une phase de mise à zéro automatique du fonctionnement pour établir la boucle de contreréaction. Dans ce mode de fonctionnement, le signal de mise à zéro sur la ligne 36 agit pour ouvrir le commutateur SI et fer- mer les commutateurs S2 et S3. A titre illustratif, la tension sur la borne d'entrée non-inverseuse 18 du circuit 16 peut être désignée par V0, la sortie du circuit 16 par V1 et la jonction des lignes 30 et 32 et du condensateur C peut être représentée par une tension V2. Durant la phase de remise à zéro automatique, la boucle de contreréaction est établie depuis le potentiel de masse à travers le commutateur S2, la ligne 22, le circuit 16, la ligne 26, le condensateur C, la ligne 30, le commutateur S3, les résistances 12 et 14, et à nouveau le potentiel de masse. En laissant de côté momentanément les moyens générateurs 8, la phase de mise àoiro automatique assure que V0 = 0 et V1 = KVOS, o Vos est le décalage de tension interne du circuit 16. (De tels décala- ges internes sont communs, par exemple dans les amplificateurs opéra- tionnels à semi-conducteurs). K est donné simplement par R24 + R28. Les R24 moyens générateurs de tension variable peuvent être utilisés pour four- nir une tension de décalage additionnelle choisie pour annuler les va- leurs de décalage pour des mesures avec des systèmes qui ont des déca- lages inhérents distincts de la tension de décalage interne du circuit d'amplification 16. Ainsi les moyens générateurs 8 peuvent être utili- sés pour fournir une tension, par exemple, - VA de façon que la tension V1 sur la ligne 26 devienne maintenant KVos -VA. Pendant la phase de mesure du fonctionnement, le commutateur SI est fermé et les commutateurs S2 et S3 sont ouverts. Dans ces conditions, le signal d'entrée El est appliqué via la ligne 22 sur l'entrée non- inverseuse 18 du circuit 16. Par suite V0 est égale à E1. Après ampli- fication, la tension de sortie V1 sur la ligne 26 est donnée par KE1 + KVOS. De l'autre coté du condensateur C, la tension V2 est don- * née par: - 366 V2 = KE1 + KVs - (KVos - VA) V2 = KE1 + VA On peut ainsi voir que la tension de décalage interne Vos du circuit amplificateur 16 est complètement annulée au moyen du condensateur C et que, de plus, la tension additionnelle de décalage VA est conser- vée (avec une polarité opposée) de façon à permettre l'annulation des décalages inhérents comme on le désire. Les moyens générateurs de ten- sion variable 8 peuvent être utilisés pour établir une tension de décalage de l'une ou l'autre polarité. L'injection de la tension VA à la sortie du circuit 16, plutôt qu'à son entrée, réduit du facteur K toute dérive ou bruit qui autrement serait injecté dans le réseau générateur de décalage et sa source de tension réglable associée. Un autre avantage du circuit de décalage particulier utilisé est le fait que l'opération de mize à zéro automa- tique n'annule pas ou n'affecte pas défavorablement le décalage inhé- rent VA. En outre, le condensateur C est mis à la masse à travers un réseau de résistances, à savoir les résistances 12 et 14, et le circuit à résistance - capacité résultant constitue un filtre passe-bas qui filtre les bruits erratiques apparaissant en série avec la source de tension inconnue. De tels bruits s'étendent principalement dans une gamme de O à 10 Hz et sont atténués par le filtre passe-bas. L'invention est ainsi particulièrement utilisable dans la mesure des faibles tensions qui sont produites par des capteurs tels que: ponts de jauges de contraintes, thermocouples et autres sources à faible ni- veau. Pour de telles sources de tension d'entrée à faible niveau, 1' amplificateur est particulièrement sensible à l'injection de bruits et aux effets thermiques et, quand il est utilisé avec un convertisseur analogique-numérique et un affichage associé, il produit un scintille- ment indésirable dans la sortie de l'affichage. L'effet du filtrage accompagné par l'injection de la tension de décalage inhérent VA après le circuit d'amplification 16 améliore notablement la performance du système. s 65366 Quoique l'invention ait été décrite sous forme d'un mode de réalisa- tion préféré, elle n'est pas limitée à ce seul mode et d'autres formes de réalisation et modifications peuvent y être sans sortir de son do- maine. V65366 REVENDICATIONS 1 - Circuit de décalage de tension utilisable avec un amplificateur (4) ayant une entrée et une sortie, ladite entrée étant branchée pour recevoir des signaux d'entrée, caractérisé en ce qu'il com- porte: a) un circuit de contreréaction pour corriger les tensions de déca- lage internes produite par ledit amplificateur, ledit circuit de contreréaction comprenant i) un condensateur (C) relié d'un coté à la sortie dudit ampli- ficateur, et ii) des moyens de commutation (S1,S2,S3) agissant dans une pre- mière position pour relier l'autre coté du condensateur à la masse et pour relier l'entrée dudit amplificateur à la masse de manière à former une boucle de contreréaction en- tre l'entrée et la sortie dudit amplificateur, et agissant dans une seconde position pour déconnecter ledit circuit de contreréaction et pour brancher l'entrée dudit amplificateur de manière à recevoir lesdits signaux d'entrée, b) des moyens générateurs de tension (8) entre ledit autre coté du condensateur et la masse pour fournir une tension de correction de décalage dans ladite boucle de contreréaction, et c) des moyens pour régler ladite tension de correction de décalage. 2 - Circuit de décalage de tension suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdits moyens de commutation comportent un premier moyen commutateur (S3) branché entre ledit autre coté du condensa- teur et la masse et un deuxième moyen commutateur (Sl,S2) agissant pour brancher l'entrée dudit amplificateur de manière à recevoir soit lesdits signaux d'entrée, soit le potentiel de la masse. -/ 3 36 6 3 - Circuit de décalage de tension suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs de tension (8) sont branchés entre ledit premier moyen commutateur (S3) et la masse. 4 Circuit de décalage de tension suivant la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte des résistances (12,14) branchées entre ledit premier moyen commutateur (S3) et la masse. - Circuit de décalage de tension suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que lesdites résistances comprennent une première (12) et une seconde (14) résistances et que lesdits moyens géné- rateurs de tension (8) sont branchés entre lesdites première et seconde résistances. 6 - Circuit de décalage de tension suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs de tension (8) présentent des moyens pour choisir la polarité de la- dite tension de correction de décalage. 7 - Circuit de décalage de tension suivant l'une des revendications précédentes dans lequel ladite entrée est branchée pour recevoir de capteurs des signaux d'entrée de tension relativement faible et ladite sortie est connectée à un convertisseur analogique-numé- rique fournissant un signal de sortie de mise à zéro automatique, ledit circuit de contreréaction étant caractérisé en ce que ledit condensateur (C) est relié d'un coté à ladite sortie de l'amplifi- cateur (4) et de l'autre coté à une entrée dudit convertisseur a- nalogique-numérique (6) et que lesdits moyens de commutation (S1, S2,S3) agissent en réponse audit signal de sortie de mise à zéro automatique pour 1) relier l'autre coté dudit condensateur (C) et ladite entrée de l'amplificateur (4) à la masse de manière à fer- mer un trajet de contreréaction entre lesdites entrée et sortie de l'amplificateur, et 2) brancher ladite entrée de l'amplificateur pour recevoir lesdits signaux d'entrée.