Brevet FR2576167A1 — publié le 19860718

-1. - Convertisseur numérique-analogique à fonctions multiples La présente invention est relative à un conver- tisseur numérique-analogique du type à fonctions multiples qui utilise un circuit à résistance et qui est capable d'assurer de multiples fonctions mathématiques variées en transformant un signal numérique d'entrée ayant pour base le code binaire naturel en un signal analogique-ayant un niveau de tension correspondant 'à la valeur numérique en question. La figure 8 représente un circuit connu normal du type utilisé pour la conversion numérique-analogique et constitué par un circuit ou réseau du type dit "à échelle R-2R" dans lequel des résistances RIO à R1N ayant chacune une valeur de résistance de 2R et étant au nombre de N plus i (N + 1) sont reliées chacune en parallèle avec une résistance terminale R0 qui a une valeur de résistance de 2R et est reliée à la terre par une série de résis- tances en série R21 3 R2N ayant une valeur de résistance de R et se terminant par une borne de sortie V0, les résis- tances parallèles individuelles étant reliées par des cir- cuits de commutation S0 à SN alternativement entre une source de tension de référence Vs et la terre, ces cir- cuits de commutation étant commandés par des signaux numé- riques b0 à bN. Il est évident que, lorsque les signaux numériques b0 à bN de chaque digit deviennent élevés ("marche"), la tension de référence Vs est appliquée aux résistances parallèles correspondantes RIO à R1N. Dans ces conditions, une tension de sortie analogique V0 est produite à la borne de sortie conformément à la rela- tion (1): V = (Vs/2) x(b0.2-N + b.2-(N-1) + 2-1 + bN 1.2 + bN.2) (1) expression dans laquelle b0 à bN sont égaux à 1 ou 0 sui- vant que les valeurs sont élevées ou basses. -2- La valeur de V0 devient inférieure à la valeur indiquée par la relation (1) lorsque la résistance d'extré- mité ou résistance de réglage est reliée à la borne de sortie, à cause de sa résistance. Le convertisseur numérique-analogique de type à échelle fonctionne donc comme convertisseur numérique- analogique lorsque les résistances parallèles RI0 à RiN passent de "marche" à "arrêt" suivant les signaux numériques et constitue, de ce fait, un circuit susceptible d'effec- tuer d'autres opérations mathématiques et lorsque, par exemple, une addition ou une soustraction avant et après la conversion, ce circuit doit être associé au circuit de convertisseur numérique-analogique. Le but de l'invention est donc la réalisation d'un convertisseur numérique-analogique du type à opérations multiples utilisant un circuit de résistance du type à échelle qui soit capable d'assurer d'autres fonctions mathématiques en plus de la conversion numérique-analogique. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que l'on utilise un circuit disposé comme l'indique la figure 1, dans lequel un circuit de résistance en série, constitué par un nombre N de résistances R21 à R2n, ayant chacune une valeur de résistance de R, est relié entre une borne de sortie V0 et l'un des côtés d'une résistance d'extrémité R0 ayant une résistance de 2R et reliée par son autre côté à la terre, ce circuit en série comprenant un point de connexion de résistances pour chaque couple de résistances R21 à R2N, et comportant, montées en parallèle avec lui, un nombre n de groupes de résistances parallèles 01 à On, il à in,... Ni à Nn, les n résistances de chaque groupe étant toutes reliées à l'un des côtés du même point de connexion de résistances, différents groupes de résis- tances étant reliés à différents points de connexion dans ce circuit en série, les n résistances de chacun de ces groupes étant reliés individuellement à l'autre côté alter- nativement entre la terre et la tensbn de référence Vs au moyen de groupes correspondants de circuits de commutation -3- S01 à SOn... SN1 SNn, sous l'action des signaux numé- riques émis. La figure 1 représente un schéma général d'un convertisseur numériqueanalogique du type à fonctions multiples suivant l'invention. La connexion entre les diffé- rents contacts de commutation et la source de tension de référence Vs n'a pas été représentée. Les figures 2 à 5 sont des schémas montrant le principe des opérations autres que la conversion numérique-analogique effectuées au moyen du circuit de convertisseur numérique-analogique du type à échelle représenté par la figure 1. Les figures 6 et 7 représentent des schémas de circuits correspondant à d'autres modes de réalisation de l'invention. La figure 8 représente un circuit de convertisseur numérique-analogique à échelle dassique correspondant à l'état de l'art antérieur. Lorsque le circuit suivant l'invention fonctionne comme un convertisseur numérique-analogique ordinaire, les circuits de commutation SO à SOn... SN1 à SNn sont respec- tivement commandés par le signal numérique commun de chaque groupe ou partiellement commandés par ce signal (par exemple le premier commutateur de chaque groupe), les circuits de commutation restants de chaque groupe (S02 S n.. S N2 SNn) étant, sans cela, commandés de manière à relier la totalité moins une des n résistances parallèles de chaque groupe au potentiel de référence Vs par réglage du signal de commande sur le dernier niveau bas ("arrêt"). Dans ces conditions, la valeur de résistance totale de chaque groupe de n résistances R101, Rlon... RiN1 RNn devient gale à 2R et est reliée à la tension de référence Vs, de sorte que la structure du circuit devient la même que celle qu'indique la figure 8 et permet une conversion numérique- analogique suivant la relation (1). Comme d'autres circuits de commutation de chaque groupe de n sont mis en action de manière à faire intervenir n résistances (ayant une résis- tance de 2nR) dans le circuit de tension de référence Vs, la tension de source de tension de référence s'abaisse en proportion du nombre des résistances en question, qui ont -4 - une résistance de 2nR et sont reliées en même temps au poten- tiel de référence pour chaque groupe. Dans ces conditions, la conversion numérique-analogique s'effectue et donne une tension de signal de sortie diminuée en conséquence. Par exemple, lorsqu'un seul circuit de commutation So1 SN1 est commandé dans chaque digit, le circuit devient équiva- lent à celui qui est représenté par la figure 2 et un signal de sortie V0 s'exprime par la relation (2) au lieu de la relation (1). V0 = (Vs/2n) (b0.2-N + bl.2-(N1) +..... + bN.20) (2) Lorsque le circuit doit fonctionner comme totali- sateur, les résistances RI0 à R1N de chaque digit sont mises en action suivant le nombre de signaux d'addition n et les circuits de commutation associés So1 à SOn...N SN1 Nn sont commandés par les signaux numériques associés b01 à bOn, bN1 à bNn qui doivent être ajoutés. De ce fait, les signaux numériques qui doivent être totalisés sont transfor- més en signaux analogiques et envoyés en sortie cumulative- ment à la borne de sortie. - Lorsque le circuit doit fonctionner comme unité de soustraction, les résistances RIO à R1N de chaque groupe de digits sont composées de résistances en même nombre que les signaux d'entrée et les signaux numériques des commuta- - teurs SO à SN correspondant au signal qui doit être soustrait ou au signal moins sont fournis par des inverseurs ou organes NON. Dans ces conditions, il y a soustraction du signal d'entrée non inversé. La figure 3 représente un exemple de circuit de soustraction d'un deuxième signal d'entrée d'un premier signal d'entrée. Les inverseurs A0 à AN sont inter- calés dans les lignes de commande des circuits de commuta- tion S02 à SN2 pour le deuxi"me signal. De ce fait, lorsque les deux valeurs de signaux coincident, c'est-à-dire lorsque le résultat de la soustraction est zéro, l'un est inversé et les valeurs numériques ajoutées sont toutes "hautes". Dans ces conditions, l'émission du signal de sortie V0 s'effectue de manière que la tension de référence Vs soit appliquée respectivement à l'un des couples de résistances - 2576167 parallèles R101, R102, R 1 2;; R1, RRN R1N2 de chaque groupe de digits. La valeur de sortie VO s'exprime donc par la relation VO = (Vs/4) (bo.2-N + bl.2-(N-l) +... + bN.20) (3) La tension de signal de sortie VO augmente ou diminue donc suivant le résultat de la soustraction, même avec déplacement de polarité (+,-) par rapport à la tension, comme l'indique la relation(3)qui corres- pond au cas oi le résultat de la soustraction est zéro. Lorsque le circuit doit fonctionner comme circuit de détection par coïncidence pour deux signaux numériques, la détection s'effectue de la même manière que le signal de sortie VO est produit ou non lorsque les valeurs de bo à bN de la relation 43) sont toutes "hautes" comme dans la figure 3. Pour que le circuit fonctionne avec tension de compensation, deux résistances de chaque groupe de digits sont utilisées comme résistances parallèles Ro10 à R1N, comme l'indique la figure 4, parexemple R101 à RlNl et R]02 a R1N2 et ces groupes de résistances, c'est-a-dire le groupe "1" et le groupe "2" sont reliés à des sources de tension de référence différentes réglées sur une tension de polarité égale mais opposée telle que +Vs5 et -Vs. Ainsi le signal de sortie V O devient la tension de compensa- tion pour la tension de référence et lorsque le signal deréférence coincide avec le signal d'entrée la tension de sortie Vo devient égale a zéro. Le circuit fonctione donc omine unité de soustraction qui produit une tension négative pour une résultat de soustraction négatif. De plus, comme le montre la figure 5, il est possible de relier la borne de sortie dlcircuit de sous- traction représenté par la figure 3 a un étagesuivant utilisantunamplificateur d'opération Aop qui a un niveau de référence égal à la tension obtenue lorsque les valeurs de bo à bN de la relation (3) sonttoutesmises à "1". Lorsque le signal d'entrée coïncideavec le signal de référence, une valeur de sortie de l'amplificateur d'opérations A devient égale a zéro. op La figure 6 représente un convertisseur numérique-analogique à fonctions multiples du type a deux entrées à trois bits dans lequel la tension de référence Vs, comme à toutes les entrées, est réglée à+10V et dans lequel une résistance variable RV1 permettant de régler la tension de sortie -6- est reliée à la borne de sortie. Lorsque le convertisseur représenté par la figure 6 fonctionne comme dans le mode de l'addition, un signal de sortie V0 est obtenu à la borne de sortie suivant la rela- tion (3), mais il est modifié par un coefficient K (1 - 0) déterminé à l'avance par la résistance variable RV1, par com- mande des circuits de commutation S01 a S21 et S02 a S22 avec deux signaux numériques bo1 à b21 et b2 b22, la relation modifiée ayant la forme suivante: lO - V0 = K(5/2) (bo1 + b02).22 + (b1l + b12).2 + (b21 + b22).2 (4) Dans ces conditions, lorsque les deux signaux numériques sont "hauts", la tension de sortie maximale V0 est égale à K x (35/4) volts. Pour que le circuit fonctionne en mode de coin- cidence ou en mode de soustraction, un jeu de signaux numé- riques b02 à b12, b22 est envoyé aux circuits de commutation S02 a 22 par des inverseurs analogues à ceux qui sont repré- sentés par la figure 4. Dans ces conditions, lorsque les deux jeux de signaux numériques coincident, un signal de sortie V0 = K x (35/8) volts est produit suivant la relation (4), comme on l'a déjà vu. De ce fait, non seulement la coinci- dence est constatée, mais toute différence entre le signal de sortie V0 et la tension de référence est mise en évidence par la soustraction analogique. Lorsque le circuit fonctionne comme circuit de compensation, comme l'indique la figure 7, un amplificateur d'opérations Aop1 produit une différence de tension aV entre opl la tension de référence K (35/8) résultant de la relation (4) déjà mentionnée et le signal de sortie V0 indiqué par la figure 6. Le circuit est donc commandé de manière que le signal de référence coincide avec le signal d'entrée, rendant égale à zéro-la différence de tension A V par la réinjection de la différence de tension A V dans le circuit de commande 10. -7- Dans le convertisseur numérique-analogique à modes ou fonctions multiples suivant l'invention, les résis- tances parallèles du circuit de résistance du type à échelle classique sont constituées chacune par plusieurs résis- tances et ce circuit modifié peut fonctionner de manière à effectuer aussi bien une conversion numérique-analogique qu'une grande variété d'autres opérations comme des addi- tions, des soustractions, des compensations, des balance- ments ou des détections de coïncidences en réglant les résistances correspondantes sur des niveaux "bas" ou "hauts" suivant les signaux numériques. De plus, le circuit peut comprendre des étages supplémentaires réalisés d'une manière simple et économique en ajoutant des circuits entiers assurant ces différentes fonctions. En particulier, lorsque le circuit est utilisé pour la détection des coïncidences, il suffit de fixer avec précision les valeurs des éléments montés face à face et la précision est nettement améliorée par rapport à celle que l'on obtient en utilisant plusieurs convertisseurs numériques-analogiques du type à échelle ordinaires. - 8 - REVENDICATION 1. Convertisseur numérique-analogique du type à fonctions multiples comprenant une résistance d'extrémité, ayant une valeur de résistance de 2R, dont l'une des bornes est reliée à la terre, un circuit de résistance en série, constitué par plusieurs résistances, en nombre égal à N qui ont chacune une valeur de résistance de R et qui sont reliées en série entre une borne de sortie et l'autre borne de la résistance d'extrémité déjà mentionnée, ce circuit en série comprenant un point de connexion de résistances pour chaque couple voisin de N résistances et comportant, en branchement parallèle à partir de lui, un nombre de n de groupes de résistances parallèles ayant chacune une valeur de résistance de 2nR, les n résistances de chacun de ces groupés étant toutes reliées à l'un des côtés du même point de connexion des résistances, différents groupes étant reliés à différents points'de connexion le long du circuit en série, les n résistances de chaque groupe pouvant être branchées individuellement sur l'autre côté alternativement entre la terre et la tension de référence au moyen de groupes correspondants de circuits de commutation sous l'action de signaux numériques appliqués, N et n étant des nombres entiers et égaux au moins à 2.