Brevet FR2656177A1 — publié le 19910621

"Procédé pour la conversion analogique-numérique de tensions d'entrée et agencement de circuit pour la mise en oeuvre du procédé" L'invention part d'un procédé pour la conversion analogique-numérique de tensions d'entrée avec un convertisseur analogique/numérique. Dans le IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 23, Ne 3, Juin 1988, pages 736 à 741, "A Second-Order High-Resolution Incremental A/D- Converter with offset and Charge Injection Compensation", il est proposé un procédé dans lequel la conversion de la tension d'entrée s'effectue avec seulement une tension de référence Une évaluation approchée de la tension d'entrée est alors effectuée par un procédé d'itération, par lequel seules peuvent être converties des valeurs de tensions qui sont plus petites en valeur absolue que la tension de référence. La précision de ce procédé dépend d'une manière décisive de la façon dont la tension de référence peut être maintenue constante. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, un procédé caractérisé en ce qu'une tension de référence élevée est convertie en un premier nombre d'impulsions qui lui est proportionnel, tandis qu'une tension de référence peu élevée est convertie en un second nombre d'impulsions proportionnel à cette tension de référence, les nombres d'impulsions de tension de référence étant mémorisés, la tension d'entrée étant convertie en un troisième nombre d'impulsions qui lui est proportionnel, et le calcul de la valeur analogique de la tension s'effectuant en formant la différence du premier et du second nombre d'impulsions, en formant la différence du second et du troisième nombre d'impulsions, et en formant le quotient de ces différences. Le procédé selon l'invention présentant les caractéristiques indiquées cidessus, a par contre l'avantage, que la conversion de la tension analogique d'entrée s'effectue au moyen d'un convertisseur de tension proportionnel (ratiomètrie) en comparaison de deux tensions de référence, de préférence les tensions d'alimentation, de sorte que les influences des composantes matérielles sont éliminées Ce procédé peut être mis en oeuvre d'une façon particulièrement avantageuse pour des mesures de température, dans des véhicules automobiles, avec des résistances variant en fonction de la température. Selon une autre caractéristique de l'invention, les nombres d'impulsions sont comptés pendant un temps de porte prédéfini. Selon une autre caractéristique de l'invention, le temps de porte est susceptible d'être modifié en fonction de la précision nécessaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, la représentation numérique de la tension d'entrée correspond à la représentation numérique d'un nombre d'impulsions relatif nin qui est calculé selon la formule: n Tzmax (Nin Nvss) 2 (Nvdd Nvss) dans laquelle Tzmax désigne le nombre maximal d'impulsions qui peut être compté pendant le temps de porte, Nin désigne le nombre d'impulsions comptées de la tension d'entrée, Nvss désigne le nombre d'impulsions de la tension de référence peu élevée, et Nvdd désigne le nombre d'impulsions de la tension de référence élevée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les nombres d'impulsions des tensions de référence sont à nouveau déterminés après un nombre prédéfini de conversions de tensions d'entrée ou bien après un temps prédéfini. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tension appliquée à l'entrée inversée du comparateur chute sur une résistance, en ce qu'à l'entrée non inversée du comparateur est appliquée une tension de référence, le condensateur de mémorisation est branché entre l'entrée inversée et l'entrée non inversée du comparateur, l'entrée de positionnement d'une bascule est reliée à la sortie du comparateur, à l'entrée de synchronisation de la bascule est appliqué un générateur de rythme, la sortie de la bascule est connectée à un compteur d'impulsions, un compteur de portes est relié au générateur de rythme et un inverseur inverse la sortie de la bascule et la ramène par l'intermédiaire d'une autre résistance à l'entrée inversée du comparateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tensions de référence sont des tensions d'alimentation et la tension de référence au comparateur est inférieure à la tension de référence élevée. oc Selon une autre caractéristique de J 3 D l'invention, la distance entre la tension d'entrée et l'entrée inversée du comparateur est plus grande que la résistance branchée entre l'inverseur et l'entrée inversée du comparateur. Un avantage particulier réside en ce que la précision du procédé et sa zone de conversion peuvent être modifiées très simplement par l'intermédiaire du temps de porte Il s'avère particulièrement avantageux que la représentation numérique de la tension d'entrée soit un nombre d'impulsions relatif qui est déterminé en formant la différence des nombres d'impulsions mesurés de la tension d'entrée et de la tension de référence plus élevée, et en formant la différence des nombres d'impulsions de la tension de référence élevée et de la tension de référence plus élevée, puis en formant ensuite le quotient de ces deux différences et en le multipliant par un facteur constant, ce qui peut être réalisé d'une façon simple par un circuit supplémentaire susceptible d'être intégré Il est également avantageux que les influences sur les résultats de la conversion des fluctuations de la tension d'alimentation soient supprimées dans une large mesure, grâce à l'actualisation des valeurs de mesure de tension de référence Un autre avantage du procédé réside en ce qu'il peut être mis en oeuvre par un circuit qui contient un seul condensateur de mémorisation, ce qui simplifie l'intégration. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté aux dessins cijoints et va être exposé plus en détail dans la description ci-après: la figure 1 montre un agencement de circuit pour la conversion analogique/numérique, la figure 2 est un diagramme fonctionnel pour l'exploitation des résultats de mesure. A la figure 1, la référence 15 désigne un commutateur avec lequel on peut appliquer à volonté à l'entrée inversée d'un comparateur 18, par l'intermédiaire d'une première résistance 16, une tension d'entrée 10 à convertir, une tension de référence peu élevée 11 ou bien une tension de référence élevée 12 A l'entrée non inversée du comparateur 18, est appliquée une tension de référence 13 qui est inférieure à la tension de référence élevée 12 En tant que tension de référence 13, on peut par exemple choisir une tension dont la valeur est la moitié de celle de la tension de référence 12 Entre l'entrée inversée et l'entrée non inversée du comparateur 18 est branché un condensateur de mémorisation 17 La sortie du comparateur 18 est reliée à l'entrée de positionnement d'une bascule 21, à l'entrée de synchronisation duquel est appliqué un générateur de rythme 14, de sorte qu'à la sortie de la bascule 21, peuvent seulement apparaître des impulsions à la fréquence du générateur de rythme 14, ces impulsions étant comptées par un compteur d'impulsions 27 Au générateur de rythme 14 est en outre raccordé un compteur de porte 26 qui revient à zéro lorsqu'une valeur maximale Tzmax (Tzmax désignant le nombre maximal d'impulsions qui peut être compté pendant le temps de porte) est atteinte Un compteur de portes programmable 26, avec un verrouillage de valeur de porte, s'avère avantageux pour modifier le temps de porte. La sortie inversée de la bascule 21 est rétrocouplée par l'intermédiaire de l'inverseur 19 et d'une seconde résistance 20 à l'entrée inversée du comparateur 18 Pour assurer la stabilité du circuit, la première résistance 16 doit être choisie plus grande que la seconde résistance 20, par exemple dans le rapport 3:2 Pour l'exploitation des résultats de mesure, on utilise un ensemble de calcul 25 avec au moins cinq autres registres 30 à 34, à côté du compteur d'impulsions 27 et du compteur de portes 26 et avec une unité de calcul 29 Le condensateur de mémorisation 17 est chargé, par l'intermédiaire de la première résistance 16, selon la mesure effectuée, soit par la tension d'entrée 10 ou bien par une des tensions de référence 11 ou 12 A l'entrée inversée du comparateur 18, s'applique alors la somme de la tension sur le condensateur de mémorisation 17 et de la tension de référence 13, et cette somme est comparée avec la tension de référence 13 s'appliquant à l'entrée non inversée du comparateur 18 Le compteur d'impulsions 27 enregistre alors seulement des impulsions lorsque la tension à l'entrée inversée du comparateur 18 est inférieure à la tension de référence 13 Dans ce cas, une impulsion positive est réinjectée par l'intermédiaire de l'inverseur 19 et augmente la tension sur le condensateur de mémorisation 17 Si la tension à l'entrée inversée du comparateur 18 est supérieure à la tension de référence 13-, une impulsion négative est alors réinjectée par l'intermédiaire de l'inverseur 19 et abaisse la tension sur le condensateur de mémorisation 17 Un compteur de portes 26 en liaison avec le générateur de rythme 14 détermine le temps de porte pendant lequel sont comptées les impulsions d'une tension 10, 11 ou 12, et détermine ainsi la précision du résultat de la conversion. A la figure 2 est représentée, à l'aide d'un diagramme fonctionnel simplifié, l'évolution de la mesure avec un agencement de circuit selon la figure 1 et l'exploitation de cette mesure dans un calculateur. A l'étape 1, les registres 30 à 34 de l'ensemble de calcul 25 sont effacés et, en outre, le compteur de portes 26 et le compteur d'impulsions 27 sont mis à zéro Ensuite, débute le processus de mesure proprement dit A cet effet, une tension de référence, dans cet exemple la tension de référence élevée 12, est appliquée par l'intermédiaire du commutateur 15 Les impulsions à la sortie de la bascule 21 sont comptées jusqu'à ce que le compteur de portes 26 soit à nouveau à zéro Ceci est vérifié par l'interrogation 7 pour chaque impulsion de synchronisation du générateur de rythme 14 Si le temps de porte est écoulé, l'état du compteur d'impulsions est alors mémorisé à l'étape 2 dans un des registres 30 à 34, par exemple RA 34, de l'ensemble de calcul 25 en tant que nombre d'impulsions de la tension de référence élevée 12. Ensuite, le compteur d'impulsions 27 est relié à zéro et l'autre tension de référence, dans cet exemple la tension de référence peu élevée 11, est appliquée Les impulsions à la sortie de la bascule 21 sont à nouveau comptées jusqu'à ce que le temps de porte soit écoulé, ceci étant vérifié par l'interrogation 7 A l'étape 3, l'état du compteur d'impulsions est tout d'abord mémorisé dans un des registres 30 à 34, par exemple dans R 3 33, en tant que nombre d'impulsions de la tension de référence peu élevée 11 Ensuite, en tant que première différence, celle des nombres d'impulsions des deux tensions de référence 11 et 12 est formée et mémorisée dans Rl 31 Enfin, le compteur d'impulsions 27 est remis à zéro. De la même façon qu'ont été comptées les impulsions des tensions de référence 11, 12, les impulsions de la tension d'entrée 10 sont également comptées A l'étape 4, en tant que seconde différence, celle des nombres d'impulsions de la tension d'entrée 10 et de la tension de référence peu élevée 11 est formée et mémorisée dans RO 30, la formation du quotient de la première et de la seconde différence et la multiplication par un facteur constant, qui dans cet exemple est la moitié du nombre maximal d'impulsions qui peut être compté pendant un temps de porte, s'effectue à l'étape 5 Lors de ce traitement on obtient comme résultat, un nombre d'impulsions relatif qui correspond à la représentation numérique de la tension d'entrée 10 à convertir et qui est indiquée à l'étape 6 Pour chaque processus de conversion, le procédé se déroule à partir de l'application d'une tension d'entrée 10 jusqu'à l'indication du résultat à l'étape 6 Les nombres d'impulsions des tensions de référence 11, 12 sont à nouveau déterminés après un nombre prédéfini de conversion ou bien après un temps prédéfini De cette façon, on peut compenser la dérive des parties constituantes analogiques. Le calcul du nombre d'impulsions relatif de la tension d'entrée à convertir est facilement possible en série, comme décrit dans l'exemple de réalisation, mais il peut également s'effectuer d'une autre façon, par exemple en parallèle. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la conversion analogique- numérique de tensions d'entrée avec un convertisseur analogique/numérique, procédé caractérisé en ce qu'une tension de référence élevée ( 12) est convertie en un premier nombre d'impulsions qui lui est proportionnel, tandis qu'une tension de référence peu élevée ( 11) est convertie en un second nombre d'impulsions proportionnel à cette tension de référence ( 11), les nombres d'impulsions des tensions de référence étant mémorisés, la tension d'entrée ( 10) étant convertie en un troisième nombre d'impulsions qui lui est proportionnel, et le calcul de la valeur analogique de la tension s'effectuant en formant la différence du premier et du second nombre d'impulsions, en formant la différence du second et du troisième nombre d'impulsions, et en formant le quotient de ces différences. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nombres d'impulsions sont comptés pendant un temps de porte prédéfini. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps de porte est susceptible d'être modifié en fonction de la précision nécessaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la représentation numérique de la tension d'entrée correspond à la représentation numérique d'un nombre d'impulsions relatif nin qui est calculé selon la formule: Tzmax (Nin Nvss) 2 (Nvdd Nvss) le nombre maximal dans laquelle Tzmax désigne d'impulsions qui peut être compté pendant le temps de porte, Nin désigne le nombre d'impulsions comptées de la tension d'entrée ( 10), Nvss désigne le nombre d'impulsions de la tension de référence peu élevée ( 11), et Nvdd désigne le nombre d'impulsions de la tension de référence élevée ( 12). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les nombres d'impulsions des tensions de référence ( 11, 12) sont à nouveau déterminés après un nombre prédéfini de conversions de tensions d'entrée ( 10) ou bien après un temps prédéfini. 6. Agencement de circuit pour la conversion analogique-numérique de tensions d'entrée d'après un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , avec un comparateur ( 18) à l'entrée inversée duquel peut être appliquée, au choix au moyen d'un commutateur ( 15), une tension de référence peu élevée ( 11), une tension de référence élevée ( 12) ou bien une tension d'entrée ( 10), et avec un condensateur de mémorisation ( 17), agencement de circuit caractérisé en ce que la tension ( 10, 11, 12) appliquée à l'entrée inversée du comparateur ( 18) chute sur une résistance ( 16), en ce qu'à l'entrée non inversée du comparateur ( 18) est appliquée une tension de référence ( 13), en ce que le condensateur de mémorisation ( 17) est branché entre l'entrée inversée et l'entrée non inversée du comparateur ( 18), en ce que l'entrée de positionnement d'une bascule ( 21) est reliée à la sortie du comparateur ( 18), en ce qu'à l'entrée de synchronisation de la bascule ( 21) est appliqué un générateur de rythme ( 14), en ce que la sortie de la bascule ( 21) est connectée à un compteur d'impulsions ( 27), en ce qu'un compteur de portes ( 26) est relié au générateur de rythme ( 14) et en ce qu'un inverseur ( 19) inverse la sortie de la bascule et la ramène par l'intermédiaire d'une autre résistance ( 20) à l'entrée inversée du comparateur ( 18). 7. Agence de circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tensions de référence sont des tensions d'alimentation et en ce que la tension de référence ( 13) au comparateur ( 18) est inférieure à la tension de référence élevée ( 12). 8. Agencement de circuit selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la distance ( 16) entre la tension d'entrée ( 10) et l'entrée inversée du comparateur ( 18) est plus grande que la résistance ( 20) branchée entre l'inverseur ( 19) et l'entrée inversée du comparateur ( 18).