Brevet FR2482381A1 — publié le 19811113

La présente invention se rapporte à un procédé de correction de signaux d'un circuit réalisant des fonctions complexes au moyen d'une pastille monolithique comportant des transistors en silicium tel qu'un amplificateur opérationnel tenant compte de variations de température ambiante de travail qui se traduisent par une dérive en température. Les amplificateurs étant sensibles aux variations de la température, on observe une dérive de ses caractéristiques lorsque la température change. Cette dérive est la cause principale d'erreurs dans la plupart des applications où une excellente précision est requise et elle limite les performances de channes classiques d'acquisition de données du point de vue. de leur résolution. La valeur de la dérive spécifique est mentionnée sur les feuilles de spécifications par le coefficient de température de la tension de décalage à l'entrée. Ce coefficient représente le rapport. dV/dT de la variation de la tension de décalage à l'entrée à la variation de la température du circuit pour une tension-de sortie constante et est généralement donnée en microvolts par degré Celsius (y V/ C). La valeur maximale du coefficient de température pour les amplificateurs courants peut varier de 0,01 pV/ C à 150V/OC, et plus particulièrement de 5 ssV/ C à 20 XV/0C. La variation de la tension de décalage est due principalement à l'écart des tensions base-émetteur des transistors différentiels de l'étage d'entrée. Cet écart n'étant pas constant, il apparat à la sortie une tension entâchée d'erreur variant avec la température ambiante ou de l'élément monolithique lui-même. La fonction de l'amplificateur opérationnel dans une chalne d'acquisition est de porter la tension analogique fournie par un capteur, de l'ordre de quelques dizaines de millivolts, à une valeur suffisante, de 1 à 10 volts, de façon à pouvoir alimenter le système d'acquisition avec un niveau de tension suffisant. Un amplificateur opérationnel de précision ne doit introduire dans le signal qu'il traite aucun bruit qu'on retrouverait à la sortie. Ces bruits correspondant aux tensions alternatives aléatoires et aux courants générés dans l'amplificateur limitent sa sensibilité. Lorsqu'il faut amplifier des signaux à très faible tension, des gains élevés en boucle fermée sont recherchés pour obtenir un niveau de sortie convenable. Mais le bruit étant lui aussi amplifié à grand gain , ce dernier se retrouve en sortie avec le même rapport d'amplification et peut même recouvrir le signal lui-même. On connaît des méthodes de compensation d'erreur due à la variation de la température des amplificateurs, mais celles-ci présentent de nombreux inconvénients. La compensation s'effectue sur le signal analogique ce qui entraîne une instrumentation importante comportant un circuit hybride occasionnant un bruit important et un traitement ralenti. Les systèmes utilisant les amplificateurs "choppés" ou avec remise à zéro automatique par commutation introduisent des modifications de qualités électriques des appareils, notamment en bruit. Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients grâce à un procédé permettant d'apporter en continu une correction autre matique des données de l'amplificateur en tenant compte de sa dérive de température. Il consiste à mesurer la-température de la pastille monolithique des transistors à l'étage d'entrée de l'amplificateur ou d'un autre circuit réalisant des fonctions complexes, en lui incorporant une jonction ayant la même géométrie et les mêmes caractéristiques électriques que les transistors, à transformer les signaux analogiques de sortie de l'amplifié cateur et ceux de ladite jonction de température en données numériques, à faire,effectuer pour un microordinateur un calcul de correction des données de l'amplificateur à l'aide de données de la température enregistrées et d'une table de données, stockées en mémoire, concernant la dérive spécifique en fonction de la température et du gain en tension de l'amplificateur utilisé. En effet, la variation de la tension base émetteur (VèE) d'un transistor en fonction de la température est donnée par la relation suivante VBE = KT loge Ic si Ic est très supérieur à 1 q Is Is dans laquelle K est la constante de Boltzmann = 1,38 x 10 23 joules/ K T température absolue en degré Kelvin q charge d'un électron = 1 6 x 10 19 Coulomb Is courant de saturation inverse théorique = environ 1,87 x 10 14 A Ic courant collecteur de travail On voit aisément que si l'don connaît avec précision la température de la pastille du semi-conducteur, notamment de silicium à chaque moment par la mesure de la tension variant proportionnellement avec la température, on pourra appliquer au signal de sortie de l'amplificateur une correction automatique d'erreur ayant pour source la variation de la température ambiante de travail. La variation de la tension d 'une jonction silicium étant de l'ordre de -2,1 mV par degré centigrade, une tension d'un facteur d'environ 100 ou 1000 fois la variation par degré permet l'application aisée de la correction d'erreur due à la variation de-la température. L'invention a~également pour objet un système de correction de signaux pour la mise en oeuvre du procédé sus-visé. Un tel système comprend une jonction servant de capteur due température incorporée à l'intérieur d'une pastille monolithique du transistor utilisé comme amplificateur ou autre circuit réalisant des fonctions complexes, des moyens pour transformer les signaux analogiques de sortie de l'amplificateur et ceux de ladite jonction de température en données numériques, un microordinateur adapté pour effectuer un calcul de correction des données de l'ampli- ficateur a' à l'aide de données de température enregistrées et d'une mémoire où sont stockées les informations concernant la dérive spécifique de l'amplificateur utilisé en fonction de la température et du gadin en tension de celui-ci. D'autres particularités de l'invention --apparaîtront à la lumière de l'exemple non limitatif d'un mode de réalisation écrit ci-après,. illustre par les schémas dont - la figure 1 représente une chalne d 'acquisition de données - la figure 2 un schéma de montagne de jonction de température incorporée à la pastille du transistor - la figure 3 une unité de traitement d'information servant à apporter au signal la correction de l'erreur due à la variation de la température La chaîne représentée à la figure 1 comprend un capteur 1 ou tout autre système de contrôle ou d'asservissement dont le signal de sortie avant son traitement ultérieur est amplifié par l'amplificateur opérationnel de précision 2.La tension amplifié? 10 entâchée d'erreur due à la variation en température de l'amplificateur 2 alimente un multiplexeur 3 dont la sortie- 6 conduit vers d'autres éléments de la-ehame classique d'acquisition comprenant par exemple, un amplificateur à gain programmable, un échantillonneur/bloqueur, un microprocesseur ou autres. Une jonction particulière ayant la-même géométrie et les mêmes caractéristiques électriques que la pastille de l'étage d'entrée de l'amplificateur 2 est incorporée à cette dernière et la tension VBE engendrée par ladite est incorporée à cette dernière et la tension VBE jonction représentée par la sortie de contrôle 11,par exemple se trouvant sur une borne du boitier, proportionnelle à la variation de la température de la pastille de l'amplificateur est transmise également au multiplexeur 3.La yoie 7 représente la sélection et les contrôles des voies commandées par le microprocesseur 15. Sur le côté gauche de la figure 2 est représenté un amplificateur opérationnel de précision 2 à plusieurs étages, dont l'étage d'entrée comporte deux transistors Q1 et Q2 dans lequel est incorporé la jonction de température figurant sur le coté droit du dessin. L'amplificateur produit un signal 10, tandis que la. jonction Q3,- possédant la même géométrie et les mêmes caractéristiques électriques que Q1 et Q2, produit un signal 11 correspondant à VBE donnant l'information se rapportant à la température de la pastille de l'amplificateur. Les deux signaux analogiques 10 et il sont transmis au multiplexeur 3 (figure 3) puis transformes en signaux numériques par le convertisseur analogique/numérique 12 et stockés dans des mémoires représentées par 13 et 14. Un microprocesseur 15 ou autre système de traitement numérique prend en compte les signaux stockés dans lesdites mémoires et compare les informations reçues avec une mémoire 16 où sont stockées les informations concernant la valeur de la température en fonction de la tension enregistrée et de la dérive spécifique et du gain de tension de l'amplificateur utilisé. A titre d'exemple, les amplificateurs courants possèdent une dérive spécifique allant de 5 V/ C à 20 V C. Le microprocesseurcomman- de une unité de calcul 17, qui effectue la correction du signal de l'amplificateur et les données rectifiées après correction sont affichées en 18. De telles informations représentent les données du capteur 1 dûment corrigées pour tenir compte de la variation de la température de l'amplificateur 2. Le système selon l'invention est simple à mettre en oeuvre et sa précision est remarquable. En effet, l'incorporation de la jonction de température à la pastille de l'amplificateur garantit l'établissement dans cette jonction'de variations de tension dues à la variation de températures rigoureusement identiques à la variation que subit l'amplificateur lui-môme. Par ailleurs l'application d'un système moderne et puissant de traitement d'information, tel que microordinateur, permet d'effectuer des corrections des signaux visées de façon rapide et sure grâce à la présentation de données sous forme numérique. Le système selon l'invention permet de conserver à l'amplificateur de précision toutes ses qualités électriques, notamment en ce qui concerne le bruit ce qui n'est pas le cas des autres méthodes de correction en température, comme par exemple celles utilisant les amplicateurs "choppés" et celles avec remise à zéro automatique par commutation. Bien que-l'invention--soit illustrée à l'aide d'un exemple de réalisation s'appliquant à la correction d'erreurs dues àla température d'un amplificateur, elle s'applique également à tout circuit réalisant des fonctions complexes au moyen d'une pastille monolithique comportant des transistors en silicium présentant une dérive en température. Le procédé et le système décrit sont susceptibles ainsi de nombreuses applications et adaptations pouvant être aisément réalisées par un homme demétier sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé de correction automatique et en continu des signaux d'un circuit réalisant des fonctions complexes au moyen d'une pastille monolithique comportant des transistors en silicium en tenant compte de sa dérive en température, caractérisé en ce qu'on mesure la température de la pastille en lui -incorporant une jonction ayant la même géométrie et les mômes caractéristiques électriques que lesdits transistors, on transforme les signaux analogiques du circuit et ceux de ladite jonction de température en données numériques et on fait effectuer par un microordinateur un calcul de correction de données du circuit à l'aide de données de la température enregistrées et d'une mémoire de données concernant la dérive spécifique en température du circuit utilisé. 2.- Procédé de correction des signaux d'un amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la température d'une pastille monolithique des transistors de l'étage d'entrée de l'amplificateur en lui incorporant une jonction ayant la meme géométrie et les mêmescaractéristiques électriques. que lesdits transistors, on transforme les signaux analogiques de sortie de l'amplificateur et ceux de ladite jonction de température en données numériques et on fait- effectuer par un microordinateur un calcul de correction des données de l'amplificateur à ;'aide, de données de la température enregistrées et d'une mémoire de données concernant la dérive spécifique en température et le gain de tension de l'amplificateur utilise. 3.- Système de correction de signaux pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une jonction servant d'indicateur ds température incorporée à l'intérieur d'un pastille monolithique des transistors du circuit réalisant des fonctions complexes, des moyens pour transformer les signaux analogiques de sortie dudit circuit et ceux de ladite jonction de température en données numériques, un microordinateur adapté pour effectuer un calculde correction de données du circuit à l'aide de données de température enregistrées et d'une mémoire conservant les informations concernant la dérive spécifique en température du circuit utilisé. 4.- Application d'un système de correction de signaux selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est intégré dans une chaîne classique d'acquisition eomprenant un élément de contrôle ou d'asservissement tel un capteur, un amplificateur opérationnel de précision, un multiplexeur, un amplificateur à gain programmable, un échantillonneur/ bloqueur, un convertisseur analogique/numérique et un système de traitement d'informations numériques tel qu'un microordinateur.