Brevet FR2642589A1 — publié le 19900803

Montage comportant un convertisseur analocgique/numériqcrue di- viseur L'invention concerne un montage comportant un convertisseur analogique/numérique diviseur, qui sert à réa- liser la division de signaux d'entrée A par le signal de référence B associé au signal d'entrée concerné. Une division de signaux doit être réalisée par exemple lors de la localisation de champs de rayonnement, lorsqu'on utilise des détecteurs, qui détectent simultanément l'ensemble du champ de rayonnement (système de détecteurs de localisation). L'utilisation de tels détecteurs conduit à un raccourcissement important de la durée de mesure par rapport à des travaux exécutés avec un seul détecteur, que l'on déplace suivant des lignes et des colonnes, comme par exemple en médecine lors de l'exploration par balayage de la thy- roïde. Un exemple d'un système de détecteur de localisa- tion est l'appareil de prise de vues Anger servant à détecter des champs de rayonnement et que l'on utilise pour le dia- gnostic médical. Un domaine d'application pour des détecteurs de localisation est en outre le domaine de l'examen technico- scientifique pour presque tous les rayonnements ionisants produisant une ionisation directe ou indirecte, par exemple lors de la reconstitution d'images tridimensionnelles à par- tir d'une série de tomographies bidimensionnelles, lors de l'examen du matériau. Le traitement du signal conduit, dans tous les sys- tèmes de détecteurs de localisation, à une division d'impul- sions. Cette division peut être réalisée séparément à l'aide de diviseurs analogiques et d'un convertisseur analogique/nu- mérique branché en aval, ou bien au moyen d'une division numérique après numérisation de l'impulsion du numérateur et de l'impulsion du dénominateur. Cependant, ces deux procédés sont relativement lents et complexes, étant donné que le pro- cédé analogique requiert un expanseur d'impulsions et que le procédé numérique requiert des unités de calcul câblées de façon fixe. Il est en principe connu d'utiliser un autre trai- tement du signal, lors duquel la division et la numérisation sont exécutées en une étape opératoire, à l'aide d'un conver- tisseur analogique/numérique diviseur, dont la tension de référence est modifiée proportionnellement à l'intensité du signal du dénominateur. Lorsqu'on réalise une division avec un convertis- seur analogique/numérique en mettant en oeuvre le procédé de Wilkinson, on obtient en général une excellente linéarité différentielle. Cependant, le procédé est lent, étant donné que le signal du dénominateur doit être dilaté dans un expan- seur. Si on réalise la division avec un convertisseur analogique/numérique, qui opère selon le procédé "approxi- mations successives", il est à nouveau nécessaire de dilater le signal du dénominateur. Par conséquent, ce procédé est à nouveau lent. En outre, la linéarité différentielle avec 1/2 LSB (de l'anglais: least significant bit, c'est-à-dire bit de poids le plus faible) est mauvaise. Le convertisseur analogique/numérique, qui, sur la base de son principe, opère le plus rapidement, est le con- vertisseur analogique/numérique parallèle (FLASH), c'est-à- dire que l'information numérique à n bits est produite simultanément par 2n-1 comparateurs. Si l'on fait fonctionner ce convertisseur analogique/numérique de manière qu'il four- nisse une division, aucun expanseur n'est nécessaire et, par conséquent, le procédé de division et de numérisation est extrêmement rapide. Cependant, la linéarité différentielle avec 1/2 LSB n'est pas acceptable. Un procédé pour former la moyenne pour un conver- tisseur analogique/numérique est connu d'après le brevet ita- lien N 36 694. Dans les convertisseurs analogique/numérique on utilise de façon prépondérante le principe des approxima- tions successives, ce qui permet d'obtenir, pour des analy- seurs comportant un grand nombre de canaux, un temps mort relativement bref et indépendant de l'amplitude des impul- sions, pour une bonne linéarité différentielle. Le temps mort - relativement bref, qui est indépendant des impulsions, garan- tit le procédé de fonctionnement "à approximations successi- ves" du convertisseur analogique/numérique, et on obtient la bonne linéarité avec la formation de la moyenne. Pour des convertisseurs analogique/numérique exécutant une division, on ne peut cependant pas utiliser le procédé connu. C'est pourquoi l'invention a pour but de créer un montage du type indiqué plus haut, à l'aide duquel on puisse exécuter la division et la numérisation rapidement et avec une bonne linéarité différentielle. Ce problème est résolu à l'aide d'un montage du type indiqué plus haut, caractérisé par le fait que que pour la formation de la moyenne des valeurs de sortie du convertisseur analogique/numérique conformément à la relation (A + q x B) / B - r a) en amont du convertisseur analogique/numérique est branché un convertisseur numérique/analogique multiplicateur, qui sert à délivrer le signal formant produit analogique q x B à partir du nombre q et du signal de référence B, qu'il est prévu d'autres éléments de circuit, qui sont bran- chés en amont du convertisseur analogique/numérique et sont reliés au convertisseur numérique/analogique et entre eux conformément à la relation précédemment indiquée, b) pour la production du nombre quelconque r, c) pour additionner le signal produit analogique q x B au signal d'entrée A, et d) pour introduire le signal analogique (A + q x B) dans le convertisseur analogique/numérique, ainsi qu'un autre élément de circuit qui est branché en aval du convertisseur analogique/numérique, e) pour soustraire le nombre r de la valeur du résultat four- ni par le convertisseur analogique/numérique, q étant un nombre quelconque par signal d'entrée A et se situe dans une plage qui tient compte de la plage dynamique du convertisseur analogique/numérique, et r étant un nombre entier correspondant à la valeur analogique q. Le montage conforme à l'invention permet de réali- ser une division et une numérisation extrêmement rapides, avec une bonne linéarité différentielle des valeurs du résul- tat. Il n'est pas nécessaire d'utiliser un expanseur, sauf si l'on cherche à obtenir une résolution extrêment élevée pour le convertisseur analogique/numérique. La formation de la moyenne est obtenue grâce au fait qu'à la place du quotient A/B, on forme le quotient (A + q x B)/B dans le convertisseur analogique/numérique diviseur et qu'on soustrait de ce résultat le nombre r cor- respondant à la valeur q. Lors du traitement des impulsions, le signal pro- duit (q x B) est obtenu à l'aide du convertisseur numérique/ analogique multiplicateur, dont la tension de référence cons- titue le signal B. La formation de la moyenne est réalisée sur une partie des canaux du convertisseur analogique/numéri- que, auquel cas, pour une résolution prédéterminée (R = 2n-1) du convertisseur analogique/numérique, on choisit, pour r, un nombre compris entre O et 2m-1, avec m est alors exécutée sur 16 canaux avec un convertisseur numé- rique/analogique à 256 canaux. Le signal somme analogique A + q x B est ensuite introduit dans le convertisseur analo- gique/numérique diviseur, dont le signal de référence est égal au signal B. L'information de sortie numérique du convertisseur analogique/numérique est alors le quotient (A + q x B)/B, dont on soustrait le nombre r. L'information de sortie numérique du montage conforme à l'invention corres- pond alors à A/B. Lors du traitement des impulsions, respectivement d'autres comparateurs sont sollicités dans le convertisseur analogique/numérique, par les nombres r quelconques. Cette formation de la moyenne améliore la linéarité différentielle. Par exemple, dans le cas d'un convertisseur analogique/ numérique à 8 bits, avec des nombres aléatoires r compris en- - tre O et 15 (4 bits), on obtient une linéarité différentielle de 2 %, alors qu'elle était de 30 %, sans formation de la moyenne. La linéarité différentielle est améliorée de ce fait du facteur r. Comme éléments de circuit pour la production du nombre quelconque r, pour l'addition au signal d'entrée A du signal analogique pour q x B et pour la soustraction du nom- bre r, on utilise, de façon appropriée, respectivement un registre réalisant une incrémentation, un additionneur analo- gique et un soustracteur numérique. Pour obtenir un traitement particulièrement rapide des impulsions, on utilise, comme convertisseur analogique/ numérique diviseur, un convertisseur analogique/numérique FLASH. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 représente le schéma-bloc du montage; - la figure 2 fournit une comparaison entre une information de sortie du convertisseur analogique/numérique 6 2642589 diviseur, sans formation de la moyenne (figure 2a), et avec formation de la moyenne (figure 2b); et - la figure 3 représente un exemple de circuit pour réaliser la différentiation et le retardement des impulsions. Comme cela ressort de la figure 1, le signal B est envoyé au convertisseur analogique/numérique diviseur ADC, ainsi qu'au convertisseur numérique/analogique multiplicateur DAC en tant que signal de référence. Le registre à incrémen- tation 1, qui est incrémenté de préférence à la fin du trai- tement d'une impulsion, envoie à un convertisseur numérique/ analogique DAC un nombre r, qui est multiplié par le signal B. Ensuite, le produit q x B est ajouté au signal A par l'in- termédiaire de l'additionneur analogique 2 et est envoyé au convertisseur ADC. L'information numérique (A + q x B)/B, obtenue lors de la division, ainsi que le nombre r sont en- voyés au soustracteur 3. La différence [A + q x B)/B]-r = A/B est mémorisée temporairement dans un registre formant mémoire 4, en vue de son traitement ultérieur. Les signaux qui commandent le déroulement dans le temps, comme par exemple l'impulsion de conversion pour le convertisseur analogique/numérique ADC, l'impulsion de déclenchement pour le registre à incrémentation 1 et le registre formant mémoire 4 ainsi que le signal d'enregistre- ment pour le convertisseur analogique/numérique multiplica- teur DAC sont délivrés par l'unité de commande 5. Ces signaux de commande sont dérivés du signal B du dénominateur. Avec un montage conforme à la figure 1, dans lequel on a utilisé un convertisseur analogique/numérique FLASH à 8 bits en tant que convertisseur analogique/numérique diviseur ADC, des impulsions possédant une durée à mi-hauteur de ns étaient divisées sans l'utilisation d'expanseurs. Dans le cas d'une formation de la moyenne sur 16 canaux, on a obtenu une linéarité différentielle de 2 % (figure 2b), tan- dis que sans formation de la moyenne, la linéarité différen- tielle était égale à environ 30 % (figure 2a). La durée de 7 2642589 conversion pour la division et la numérisation dans ces con- vertisseurs analogique/numérique ADC réalisant la formation de la moyenne et la division, est inférieure à la durée des signaux d'entrée appliqués. Grâce à la différentiation mathématique de l'impul- sion, de préférence du signal du dénominateur, la modulation du signal ainsi différentié coïncide avec le maximum des si- gnaux d'entrée. C'est pourquoi, pour le traitement des impul- sions, on a retardé les signaux d'entrée A et B d'une durée égale au temps de propagation dans le circuit différentia- teur. La figure 3 représente un exemple de circuit utilisé pour la différentiation. 8 2642589 REVENDICATIONS 1. Montage comportant un convertisseur analogique/ numérique diviseur (ADC), qui sert à réaliser la division de signaux d'entrée A par le signal de référence B associé au signal d'entrée concerné, caractérisé par le fait que pour la formation de la moyenne des valeurs de sortie du convertisseur (ADC) conformément à la relation (A + q x B) / B - r a) en amont du convertisseur analogique/numérique (ADC) est branché un convertisseur (DAC) multiplicateur numérique/ analogique, qui sert à délivrer le signal formant produit analogique q x B à partir du nombre q et du signal de référence B, qu'il est prévu d'autres éléments de circuit, qui sont bran- chés en amont du convertisseur (ADC) et sont reliés au convertisseur (DAC) et entre eux conformément à la relation précédemment indiquée, b) pour la production du nombre quelconque r (en 1), c) pour additionner le signal produit analogique q x B au signal d'entrée A (en 2), et d) pour introduire le signal analogique (A + q x B) dans le convertisseur analogique/numérique (ADC) (2), ainsi qu'un autre élément de circuit qui est branché en aval du convertisseur analogique/numérique (ADC) e) pour soustraire le nombre r de la valeur du résultat four- ni par le convertisseur analogique/numérique (ADC) (3), qui est branché en aval du convertisseur analogique/numérique (ADC),q étant un nombre quelconque par signal d'entrée A et se situe dans une plage qui tient compte de la plage dynami- que du convertisseur analogique/numérique (ADC), et r étant un nombre entier correspondant à la valeur analogique q. 2. Montage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la formation de la moyenne est réalisée au moyen d'une partie des canaux du convertisseur (ADC), auquel cas, pour une résolution prédéterminée (R = 2n-1) du conver- tisseur analogique/numérique (ADC), on choisit pour r un nombre situé entre O et 2m-1, avec m 3. Montage suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que pour la production du nombre quelconque r, on utilise un registre (1) réalisant une incré- mentation. 4. Montage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on utilise un addi- tionneur analogique (2) pour additionner le signal formant produit analogique q x B et le signal d'entrée A. 5. Montage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on utilise un sous- tracteur numérique (3) pour soustraire le nombre r de la valeur du résultat fourni par le convertisseur analogique/ numérique (ADC). 6. Morntage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on utilise un conver- tisseur analogique/numérique Flash en tant que convertisseur analogique/numérique (ADC).