Brevet FR2537803A1 — publié le 19840615

PROCEDE ET CIRCUIT DE MISE EN FORME DES SIGNAUX DE SORTIE D'UN CAPTEUR MAGNETIQUE DE ROTATION. La présente invention concerne un procédé et un circuit de mise en forme des signaux de sortie d'un capteur magnétique de rotation. La présente invention trouve notamment des applications dans le domaine de ltélectronique automobile. Dans des systèmes d'allumage automobile automatique et électronique, il est nécessaire de disposer d'un signal électrique traduisant l'état de rotation du moteur dans le bue notamment de commander en conséquence l'allumage des bougies. Parmi les capteurs utilisables pour obtenir cette infor mation, on utilise fréquemment, en raison de leur faible coCt et de leur grande fiabilité, des capteurs à détection de variation de réluctance magnétique. Or il est connu que ces capteurs fournissent des signaux d'une forme qui les rend difficilement utilisables directement et qui nécessite le passage par des circuits de mise en forme particuliers. La figure 1 represente un exemple de capteur à variation de réluctance magnétique classique. Ce capteur comprend une pièce en entoile 1 tournant à la vitesse du moteur et dont les branches passent devant un nombre egal de pièces magnetisees. Une bobine 3 enroulee autour de l'axe de la pièce tournante fournit des signaux dont l'allure est représentêe en figure 2A. La partie gauche de la figure 2A représente la forme des signaux pour une première fréquence wl et la partie droite de la figure 2A représente la forme de ces signaux pour une deuxième fréquence w2, quatre fois plus grande que wi. On voit que les signaux fournis par la bobine ont une fréquence et une amplitude proportionnelles à la vitesse de rotation.Cette variation importante de l'amplitude, proportionnelle à la variation de fréquence, constitue un inconvenient de ces capteurs. Pour obtenir des signaux utilisables, on cherche à effectuer une mise en forme pour obtenir des créneaux tels que representés en figure 2B qui sont à un premier état (par exemple à niveau haut) quand le signal du capteur est positif et à un deuxième état quand le signal du capteur est négatif. Le point de repere le plus net dans ces créneaux est leur passage du premier au deuxième état qui correspond à la zone bien identifiable des signaux du capteur ou ceux-ci passent rapidement d'une valeur positive à une valeur négative et ou le signal est peu sensible aux effets du bruit. Les figures 3A et 3B montrent un exemple de l'influence que peut avoir le bruit sur le signal recueilli et, plus particulièrement, sur le signal de mise en forme qui lui correspond. La figure 3A représente un signal de capteur dans lequel il apparaît un signal de bruit à l'instant t provoquant un passage du signal de sortie d'une valeur positive à une valeur négative. I1 en résulte l'apparition d'un créneau parasite présentant un front descendant à l'instant t (voir figure 3B). Si le signal mis en forme est utilisé pour provoquer 4'allumage de bougies, ceci entraînera un allumage de bougies à un instant indésiré. Divers moyens ont été envisagés dans l'art antérieur pour limiter l'apparition ou l'influence des créneaux parasites. En pratique, on s'aperçoit que le bruit électrique dans un environnement automobile augmente quand la vitesse du moteur s'accroît, c'est-à-dire quand l'amplitude des signaux détectés à la sortie d'un capteur magnétique croit. I1 en a résulté l'idée d'introduire un niveau de seuil 5 (voir figure 4A) à partir duquel on provoque la commutation des créneaux. Les bruits parasites apparaissant dans la zone 6 n'ont alors pas d'influence sur le signal mis en forme représenté en figure 4B. Ainsi, on a prévu, comme cela est représenté en figure 5, des circuits pour fournir un niveau de seuil variable en fonction de l'amplitude des signaux de sortie du capteur. A la gauche de la figure 5 apparaît la bobine de détection 3 du capteur magnétique de rotation. Le signal de sortie de la bobine est envoyé à un premier comparateur 7 qui fournit un signal de sortie quand le signal du capteur devient inférieur à o. La sortie du comparateur 7 est envoyée à l'entrée R de remise à zéro d'une bascule 8. Cette bascule 8 recuit à son entrée S de mise à 1, la sortie d'un deuxième comparateur 9 comparant le signal du capteur à un seuil variable.Ce seuil variable est obtenu aux bornes d'un condensateur 10 qui se charge en fonction de la valeur de crete du signal du capteur et qui est déchargé par un moyen de décharge 11 de façon à permettre l'abaissement du niveau de seuil si les valeurs de crête du signal du capteur vont en décroissant. Si l'idée consistant à prévoir un seuil variable s'avère satisfaisante, les moyens classiques pour obtenir ce seuil, tel que celui décrit en figure 5, présentent des inconvenients notables. Un inconvénient essentiel est que ces moyens comprennent un condensateur et qu'un tel élément ne peut être inclus dans un circuit intégré.Ainsi, en cas de réalisation du reste du circuit sous forme de circuit intégré il faudra, d'une part, prévoir un condensateur exterieur, d'autre part, munir le circuit intégré d'une borne d'accès pour permettre le câblage ; or > augmenter le nombre de pattes d'un circuit intégré est un facteur important d'élévation des cotts. Un autre lnconvénient du circuit de la figure 5 est-que le circuit de décharge 11 du condensateur 10 est difficile à réaliser.En effet, dans le cas d'une application à la détection de la vitesse de rotation dun moteur d'automobile, cette vitesse peut varier de 20 à 6000 tours/minute, soit un rapport de trois centaines entre les extr8mes,-et prévoir un circuit de décharge permettant une décharge équivalente à chacune des vitesses de rotation est fort délicat. Ainsi, un objet de la présente~invention est de prévoir un circuit de mise en forme des signaux de sortie d'un capteur magnétique de rotation permettant, au niveau des fronts de montée des signaux du capteur,une comparaison avec un seuil variable, ce circuit étant totalement intégrable, c'est-a-dire ne comprenant pas de condensateur extérieur, et pouvant fonctionner à haute et basse fréquence. Le procédé selon la pressente invention de mise en forme des signaux de sortie d'un capteur de rotation magnétique consiste à comparer la valeur de crête de chaque signal de sortie à une première échelle de niveaux de tension ; à faire correspondre à chaque niveau de la première échelle, un niveau d'une deuxième échelle de niveaux de tension , ces deuxièmes niveaux étant respectivement inférieurs ou egaux a leurs correspondants dans la première échelle ; et à fixer, en fonction de cette comparaison, un seuil de prise en compte du signal suivant du capteur, ce seuil étant choisi dans la deuxieme echelle et etant inférieur d'au moins un cran au niveau de la deuxième échelle correspondant au niveau de la première échelle dépassé par le signal précédent du capteur. Un circuit selon la présente invention de mise en forme des signaux d'un capteur de rotation magnétique comprend : un convertisseur analogique-numerique pour numeriser et stocker sous forme numérique lors de chaque excursion positive du signal de sortie la valeur de crete de celui-ci ; un convertisseur numérique-analogique pour fournir un signal de seuil pour la détection de l'excursion positive suivante, une valeur de seuil étant associée à chacune des valeurs de crête numerisce et lui étant inférieure ou égale ; et des moyens pour fournir un signal en créneaux dont chaque passage à î correspond à un passage des signaux de sortie au-dessus de la valeur de seuil, chaque passage à O correspond sensiblement à une annulation des signaux de sortie. Dans un mode de réalisation de la pressente invention, un circuit de mise en forme des signaux de sortie d'un capteur magnétique de rotation comprend : n comparateurs dont chacun compare le signal du capteur à un niveau de tension prédéterminé ; n bascules comportant chacune une entree de mise a 1 connectée à fa sortie du comparateur, une sortie une entree de commutation connectée à la sortie de la bascule suivante et agissant seulement pendant les passages à o, dans le sens decroissant, desdits signaux pour reporter dans chaque bascule à ce moment l'étant de la bascule suivante ; des moyens pour établir une tension de seuil de valeur lice à l'étant des sorties des bascules ; une bascule desortie dont l'entrez de mise à î reçoit le resultat de la comparaison entre lesdits signaux et la valeur de seuil et dont lVen- trée de remise à O est actionnee par les passages à O desdits si- gnaux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - les figures 1 à 5 décrites précédemment étaient destinées à expliquer l'étant de la technique et le problème posé, - la figure 6 représente un mode de réalisation de la présente invention, - la figure 7 représente des formes de signaux utiles à l'exposé du fonctionnement d'un circuit selon la présente invention, et - la figure 8 représente un detail d'un mode de réalisation de la pressente invention. Comme le représente la figure 6, le circuit selon la présente invention comprend une entree 20 recevant le signal de sortie de la bobine 3 d'un capteur magnétique de rotation. Cette sortie est fournie à un convertisseur analogique-numerique 30 ayant des sorties 301, 302, 303, 304 dont chacune passe a 1 quand et tant que le signal 20 -dépasse des niveaux de seuil prédéterminés, c'est-a-dire dépasse par exemple des valeurs de tension V/16, v/8, V/4 et V/2. Ainsi, une sortie 1100 indiquera que la valeur instantanée du signal est supérieure à V/8. Chacune des sorties du convertisseur analogiquenumérique 30 est envoyée à une entrée S, respectivement S1, S2, S3, S4, d'une bascule 40, respectivement 401, 402, 403, 404. Chaque bascule 40 comprend quatre bornes e une borne d'entrée S, une borne d'entrée D, une borne d'entree d'horloge R et une borne de sortie Q. Un signal a- niveau 1 sur la borne d'entrée S met la bascule à l'état 1 quels que soient les niveaux des entrées D et H. Un signal O sur la borne d'entrée S n'a pas d'influence sur l'état de la bascule.Par contre, la borne de sortie Q prend l'état de la borne d'entrée D pendant qu'un flanc descendant se présente sur l'entree d'horloge H. En dehors de ces durées de flancs descendants, la borne d'entrée D est sans action sur la bascule. Les sorties Q1 à Q4 des bascules 401 à 404 sont envoyées à un convertisseur numérique-analogique 50 qui fournit à sa sortie un signal T que l'on appellera signal de seuil dont la valeur est liée à l'état des signaux numériques d'entrée d'une façon qui sera exposée ci-après. Un comparateur 60 reçoit le signal 20 du capteur et le compare au signal T. Le signal du capteur 20 est également envoyé à un comr parateur 61 qui fournit un signal à haut niveau quand le signal du capteur est supérieur à O ou à tout le moins supérieur à une valeur de seuil proche de 0. La sortie du comparateur 61 est envoyée à chacune des entrées d'horloge des bascules 401 à 404 et, par l'intermédiaire d'un inverseur 62, à une entrée de remise à zéro R d'une bascule 70 dont l'entrée de mise à 1 reçoit la sortie du comparateur 60 et dont la sortie Q fournit les signaux mis en forme recherchés. Le fonctionnement du circuit de la figure 6 va maintenant être décrit en relation avec la figure 7 dans laquelle la courbe supérieure représente en trait plein les variations du signal 20 du capteur en regard des niveaux de tension quantifies V/16, V/8, V/4 et V/2 avec lesquels s'effectue la comparaison dans le convertisseur analogique-numerique 30. Dans cette même figure, la courbe en pointillés désigne les niveaux présents à la sortie T du convertisseur numérique-analogique 50. La courbe inférieure de la figure 7 représente le signal en creneaux present à la sortie Q de la bascule 70. Dans l'exemple représenté, on a illustré le cas d'un moteur en accélération, puis en décélération, dans lequel l'amplitude du signal de capteur croit pendant les trois premiers cycles, puis décroît au quatrième cycle. On notera que la figure a été déformée pour la rendre plus lisible. Pour faciliter la lisibilité de la figure, chacune des oscillations de sortie du capteur a été représentée sensiblement de meme largeur alors que, comme on l'a vu précédemment, ces oscillations de sortie sont d'autant plus courtes temporellement qu'elles sont fortes en amplitude. En supposant le circuit initialement au repos à l'instant tl, quand se présente la première oscillation du signal 20, le comparateur 60 fournit un signal à l'entrée S de bascule 70 et la sortie Q de eelle-çi passe à 1 ; . à l'instant t2, quand le signal 20 dépasse le premier niveau V/16, la sortie 301 du convertisseur analogique-numérique 30 passe à 1, la sortie Q1 de la bascule 401 passe donc à 1 et le signal T augmente pour atteindre une valeur, qui dépend du choix des composants constituant le convertisseur numérique-analogique 50, mais que l'on choisira inférieure au niveau V/16 ;; a à l'instant t3, quand le signal 20 passe par 0, toutes les sor- ties 301 à 304 sont à 0, les entrées H reçoivent un front descendant et donc les sorties des bascules sont transférées vers les entrées des bascules situées à leur gauche dans la figure, c'est a-dire la sortie Q2 vers l'entrée D1, la sortie Q3 vers l'entrée D2 la sortie Q4 vers l'entrée D3 et une sortie nulle vers l'entree D4. Ainsi, chaque bascule prend l'état de la bascule immédiatement à sa droite et, dans le cas décrit, toutes les sorties Qi à Q4 passent a O. La sortie T du convertisseur numerique- analogique prend donc une valeur nulle ou une valeur très légèrement superieure à O selon les choix effectués. Simultanément, l'entree R de la bascule 70 est actionnée et la sortie Q de cette bascule passe à O . à l'instant t4, on se trouve dans le même état qu'a l'instant tl et les mêmes phénomènes se reproduisent . de même à l'instant t5, les mêmes phénomènes se produisent qu'a l'instant t2 à l'instant t6 > quand le signal 20 dépasse le niveau V/8, un niveau 1 est présent sur les sorties 301 et 302 du convertisseur analogîque-numerique 30, la sortie Q2 de la bascule 402 passe a 1 comme l'était la sortie Q1 de la bascule 401 et la sortie T du convertisseur numérique-analogique passe à un deuxième niveau de seuil plus élevé que précédemment, mais inférieur ou égal au niveau de tension V/8 . à l'instant t7 de passage à O du signal 20, comme à l'instant t3, les états des bascules sont transferes de droite à gauche sur la figures d'où il résulte que la sortie T du convertisseur numérique-analogique passe au premier seuil et reste à cet état jusqutà l'instant t8 ou le signal 20 à l'entrée du comparateur 60 devint supérieur à ce niveau du signal T.A partir de cet instant, on voit apparaître un avantage de la pressente invention, à savoir que tout signal parasite sur le signal 20 de niveau inférieur au premier niveau de seuil du signal T n'aura pas d'influence sur l'état de la sortie Q de la bascule 70 ; au cours de l'oscillation suivante du signal 20, celui-ci dépasse les niveaux V/8, puis V/4 et, comme le représente la figure, le signal de seuil est incrémenté successivement aux instants t10 et tll pour redescendre d'un incrément à l'instant t12 de passage à O du signal 20.On atteint alors le deuxième niveau de seuil du signal T et l'on est encore plus insensible aux parasites au cours de l'oscillation suivante9 le signal 20 n'atteint pas le niveau V/4, il n'y a donc pas dvincrementation du niveau de seuil au cours de cette oscillation, mais seulement une décrémentation d'un niveau à la fin de l'oscillation Ainsi, selon la présente invention, on obtient un niveau de seuil variable plus ou moins élevé selon le niveau qu'atteint l'oscillation précédente du signal d'entrée. Ceci correspond bien au but souhaité puisque l'on cherche à obtenir une insensibilisation plus grande aux parasites quand on est à niveau élevé de signal de capteur.Le choix des niveaux de seuil de sortie du convertisseur numérique-analogique en fonction des entrées qu'il reçoit dépend de l'appareil (le moteur dCautomobile par exemple) auquel est associé le circuit selon l'invention. On choisit cette succession de niveaux pour que l'inertie de cet appareil interdise que l'on puisse descendre d'une valeur supérieure à un ecart entre niveaux de seuil d'une oscillation a l'oscillation suivante La figure 6 n'est qu'un exemple particulier de réalisation de la présente invention. t'aspect essentiel réside dans la prévision d'un convertisseur analogique-numérique permettant la mesure des niveaux de crête du signal incident suivi d'un moyen de mémorisation intégrablea ctest-a-dire notamment n'incluant pas de condensateur de forte valeurs transmettant ces signaux de sortie à un convertisseur numérique-analogique établissant une succession de niveaux de seuil en fonction de la valeur de crête atteinte. Le système particulier de bascules à entrée S, D et H décrit pourrait être remplacé par un autre système permettant de remettre à O ou d'abaisser d'un niveau les valeurs mémorisées à des instants choisis du cycle d'oscillation du signal des capteurs. La figure 6 représente l'invention sous forme de blocs. L'homme de l'art saura réaliser un convertisseur analogiquenumérique et un convertisseur numérique-analogique approprié. La figure 8 représente un mode de réalisation particulier du convertisseur analogique-numerique 30 comprenant une chaîne de résistances R-2R permettant d'établir des niveaux de tenslons V/2, V/4, V/8 et V116, ces tensions étant fournies à une première entrée de comparateurs 31, 32, 33 et 34 dont l'autre entre reçoit le signal à numériser. D'autres variantes du circuit selon la présente invention pourraient également entre envisagées, par exemple on pourrait modifier le circuit pour que, lors de chaque passage à O du signal du capteur magnétique de rotation, deux décrementations de bascule successive soient effectue os et non pas une. En outre, bien entendu, le nombre de niveaux de comparaison du convertisseur ana logique-numerique et le nombre de niveaux de seuil du comparateur numérique-analogique pourra être augmente. REVENDICATIONS. 1. Procédé de mise en forme des signaux de sortie d'un capteur de rotatation magnétique, caractérisé en ce qu'il consiste a: - comparer la valeur de crête de chaque signal du capteur a une premiere échelle de niveaux de tension, - faire correspondre à chaque niveau de la première échelle, un niveau d'une deuxième échelle de niveaux de tension , ces deuxièmes niveaux étant respectivement inférieures ou égaux à leurs correspondants dans la première échelle, et - fixer, en fonction de cette comparaison, un seuil de prise en compte du signal suivant du capteur, ce seuil étant choisi dans la deuxième échelle et étant inférieur d'au moins un cran au niveau de la deuxième échelle correspondant au niveau de la première échelle dépassé par le signal précédent du capteur. 2. Circuit de mise en forme des signaux (20) d'un capteur de rotation magnétique caractérisé en ce qu'il comprend : - un convertisseur analogique-numérique (30) pour numériser et stocker sous forme numérique lors de chaque excursion positive du signal de capteur la valeur de cette de celui-ci, - un convertisseur numérique-analogique (50) pour fournir un signal de seuil pour la détection de l'excursion positive suivante, une valeur de seuil étant associez à chacune des valeurs de crête numérisées et lui étant inférieure ou égale, - des moyens (60, 61, 62, 70) pour fournir un signal en créneaux dont chaque passage à 1 correspond à un passage des signaux de sortie au-dessus de la valeur de seuil, chaque passage à O correspond sensiblement a une annulation des signaux de sortie. 3. Circuit de mise en forme des signaux de sortie d'un capteur magnétique de rotation, caractérisé en ce qu'il comprend - n comparateurs (31, 32, 33, 34) dont chacun compare le signal du capteur à un niveau de tension prédéterminé (V/16, V/8, V/4, V/2) - n bascules (401, 402, 403, 404) comportant chacune: : . une entrée de mise a 1 (S) connectée à la sortie d'un comparateur, . une sortie (Q), une entre de commutation (D) connectez a la sortie (Q) de la bascule suivante et agissant seulement pendant les passages à 0, dans le sens décroissant, des signaux du capteur pour reporter dans chaque bascule à ce moment l'etat de la bascule suivante9 - des moyens de conversion numérique analogique (50) pour établir une tension de seuil (T) de valeur liée à l'état des sorties des bascules, - une bascule de sortie (70) dont l'entre de mise à 1 (S) reçoit le résultat de la comparaison entre les signaux du capteur et la valeur de seuil, et dont l'entrée de remise à O (R) est actionnée par des passages à 0 des signaux du capteur.