Brevet FR2680057A1 — publié le 19930205

METHODE ET APPAREIL POUR COMPARATEUR ELECTRONIQUE A ETAGES DE PREAMPLIFICATION MULTIPLES POUVANT ETRE SELECTIONNES. La présente invention se rapporte au domaine général des comparateurs électroniques utilisés dans les conver- tisseurs analogiques/numériques du type à changement de calibre ("subranging" en terminologie anglo-saxonne). L'invention procure, en particulier une configuration nouvelle et améliorée de comparateur caractérisée par des préamplificateurs multiples sélectionnables qui assurent la fonction de comparateurs multiples sans doublement de tous les éléments actifs de chaque comparateur. Les comparateurs ont trouvé une large application en ingénierie électronique pour comparer une tension d'entrée à une tension de référence et produire une sortie de mots binaires Par suite, ils constituent un composant essentiel de systèmes tels que les convertisseurs analogiques/numériques applications différentes. Afin de réduire le nombre totale de comparateurs utilisés dans l'ensemble de circuits, les concepteurs ont développé des architectures qui utilisent un convertisseur analogique/numérique à faible résolution au moins et un convertisseur numérique/analogique (CNA) à réaction pour LW élaborer un convertisseur analogique/numérique à résolution plus élevée (convertisseur analogique/numérique du type subranging) Ce type d'architecture utilise tout d'abord une conversion rapide du signal d'entrée pour obtenir une plage grossière (bits de poids fort) puis une seconde :25 conversion pour obtenir une plage fine (bits de poids faible) Par exemple, pendant la première étape de fonctionnement d'un convertisseur anal ogique/numérique à 2 m-bits, le signal de tension d'entrée analogique provenant de la sortie d'un amplificateur échantillonneur-bloqueur wçro est appliqué à un convertisseur analogique/numérique rapide à m-bits (comprenant 2 nnj comparateurs) afin de convertir le signal analogique en m bits de poids fort de sa valeur numérique La valeur numérique à m bits de la première étape est ensuite appliquée à un convertisseur r 5 numérique/analogique et est reconvertie en valeur analogique, laquelle est renvoyée puis soustraite de l'entrée analogique pour produire une valeur de tension résiduelle analogique Pendant la seconde étape de fonctionnement du convertisseur numérique/analogique du type subranging, cette valeur résiduelle est appliquée à un autre convertisseur analogique/numérique rapide à m bits afin de produire les m bits de poids faible de la valeur numérique d'entrée La sortie de la seconde étape est alors combinée à la sortie de la première étape dans un réseau 1.0) logique pour produire une sortie numérique de 2 m-bits Par suite, grâce à une opération de changement de calibre ("subranging" en terminologie anglo- saxonne) de l'opération de conversion globale d'analogique en numérique, le nombre total de comparateurs requis pour produire une sortie de résolution de 2 m-bits est réduite de 22 m-t à 2 ( 2 X-1). Il existe un grand nombre de variantes d'architecture du type subranging qui ont été utilisées pour obtenir une plus haute résolution avec une consommation d'énergie moindre, une dimension de pastille plus petite et pour établir généralement des compromis sur mesure en rapport avec les exigences d'application spécifiques Il ont tous en commun la caractéristique d'exiger deux conversions rapides au moins C'est ainsi que l'on s'est grandement efforcé de développer des concepts qui améliorent la vitesse globale et l'efficacité des conversions séquentielles rapides. D'une étude de la technique antérieure, il ressort qu'il n'a jamais été tenté d'apporter des améliorations par une modification de la conception d'un comparateur utilisé pour effectuer la séquence de changement de calibre ("subranging" en terminologie anglo-saxonne) des conversions rapides Ainsi, un besoin persiste pour une architecture de comparateurs électroniques présentant en soi les caractéristiques souhaitées de consommation d'énergie, de vitesse et de dimension de pastille nécessaires pour une conception souple et efficace. a anb Twouo Dz a JQ Tuew aunp snssap-Tm spuuoi;uaw s-nq sap uoi;esileq J ri lsa nq a;ne un euiju 3 -anbiun ai; 4 Jos a sagi 4 ua saldi;lnw V sinare;nwwoz ap no sina 4 e Aedwom ap xneasgi ap al Ii B Tuanbgs uoi; Fesi TT;n I uue Lssamqu anbuo Dlanb uo Tze Dldde alno suep a Ie Je U 6 UOT 4 esil Iln O ú aun V aqdepe sa asdnos qsa inb inaqe Jedwo D ap uolcdamuom aun qsa uo I 4 ua AUT aquasg Jd el ap a Jo Dua 4 nq aisne un s Jna 4 mnpuo D-lwas sai Jne no s Weg V s+T 4 Tsodsip sanbtlle-w Bp Apxo V Jnam Dnpuo D-T Was ? 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Dans le détail, les transistors 516 et 526 du réseau de commutation 529 connectent les deux résistances de charge 510 et 520 q aux transistors 514 et 524, respectivement. constituant chaque crté du premier préamplificateur différentiel Lorsque les transistors 516 et 526 sont conducteurs, la sortie du premier préamplificateur se propage vers les noeuds 512 et 522 Les transistors 518 et 528, par ailleurs, connectent les transistors 514 et 524, respectivement, directement au rail positif 500 Par suite, lorsque les transistors 518 et 528 sont conducteurs (et que les transistors 516 et 526 sont de manière correspondante bloqués), la sortie du premier préamplificateur est déconnectée des noeuds 512 et 522 bien que ses dispositifs soient conducteurs La même configuration de commutation est présente pour le second préamplificateur différentiel constitué des transistors 540 et 550 Les transistors 544 et 554 connectent les deux résistances de charge 510 et I 5 520, respectivement, aux transistors 540 et 550, el anbsiol -Ltg 4 B LT; spnaou xne sagnbt Idde suoisua - sae jed eu Tw J 4 gp 4 sa BSS e tg SS a B 94 S 4 a 15 ú 8 g S :a 92 e S Tg 4 a 9 T sio 4 sisue ap sai Jted sap 4 uawauuot 4 uof a 1 'sale 5 q uawaleb a Bjg 4 ua Anad Fnb +adq A;a -ade A a Duai Je+gj ap suo Tsuaq xnap V s Blee a B Jg q U Bana Id inb U Iq A qa Ule A ae Juap suoisua; xnap Jaiedwo D rnod qsr I 3 N O sa g aàni+ el ap a Iqnop inase Pi+ T Idweqd Jnase Jedwoi Bl úuoi 4 esieg Bp ampow -jaiw Bd np se D N suep awwoo -ajq FI Tnztqjed uoi 4 tidde,1 Tjed sinb Ba a-;F Inad IF nb isuie aqu Twia 4 gpgjd uot;esiuo qzu As sp s Duanbes aun V;uawpw o+uo D sinsxe+ id Wi d d eji sap aine;u T no un I ap Bl Jos el Jsanbolq inod assijrn a Aq pnad OL qua Bwamuapez ap anb Tol aun eaj Fej I-w Is a J Bi QT Uemw aun a ' 9 a Z 9 g spnaou xne ajakfluaea++IP a BT Jos aun Jai^A Ip Jinod sin BJ 4 sa o 9 g alqeedwoz anb T Ij Wnu ai Jos ap 4 Tlnmj I un eú a Jnb I+ el V U Oiqua AUII ap uo Iqesi Tegi 0: ap ap Ow jaiwa Jd np eweqzs a I Js uawalebe ejsn IIT awwoo ç'uuop anbuo D Tanb ua Bwow un V adlquodsip:sa Ila S, l Sa TA sa^I Tela J suo Isua B sal Jed quuo Iq Bals un 1 I ap a Iqjos el a Bnas 5 s Jnarmnpuo D s Jno Cno 4 uaios sinaqe DT+Tldwei Jd xnap sel anb ua Iq anb a 4 Insg J ua TI -xnap sei uou s Tew 9; 494 auuoz sinorno 4: sa S Jnaqemi T Id WE p Uo Des qa j T Wa B Jd sap m iineno un j Ios a p ios apaleI 'g uo Te Znwwo ap neasg a I sue o 4 sisu p so s Isue Bp a 1 d anbe_ 4 uapuewwo D la S-A qa BS Tl A apuewwo D ap xneub s saww sel uop amj Tuew el ap;Te F na -s Jnamnpuo D quaio S sT 4 Tsodsip sas anb ' uaiq g Ba Zg spnaou sap agkauuompp 4 sa inaze D+T Idweg Jd puo Das np a T;os e I 4 (snbolq aquepuodsai J Do a Jaiuew ap quos Vg' qa tfr sjo Ssisuej sa I anb qa) s Jina Znpuom 4 uos 9 gg 4 a 9 j siolssue j sa I anbsio I anb a Bjos a P O Og +T 4 Tsod I Te J a I ins uawa B Da J Tp zuawa T Aa 4 zdsa J e O g qa Ot S soqsi 1 suej sel I 4 uaqmuuo D g 9 e 9 t sio 4 s Tsuej sal 'Z Ba Zg spnaou s BI S Ja A ap 5 ed O Jd 5 sa Jn Ba 4 IT+Tldwegid puo Des np aifjos el sjnaq Dnpuoz quos g qa ft sio Osisued 4 s Bt anbsdol anb a Bdos ap &uawa^AI Padsa B -j T /900899 Z Tnb sepço d xne;uawsw Jofuo 3 aesi I Tln ai n Ed; ú uci 4 u Baui a B 44 a D e 4 u 3 -55 uoiqedlhdde S 4 uaj-+xp inod sags Ti T In a Ji 4 ua^nad (su Tssap sap S 5 ew 4 ps sel ins a Iqnop Uo F 4 e Jnb I+uo D ua quawa Bn Bs Si J 4 sn 1 ITF) ina 4 F f T Idwegi Jd sp suoxejn Blzuon s Ildxilnw sp uo O ua^ual l a uoss p usoeseow xp sspoxnap Anb je S II SI 2 I og nlaes J al T Jed anb i T Iwnu W Ue Ts U 3 Ba Ti JBA Uo D B Jaq 1 nad inb 'Ua Wa AT 4 D Bad Sa J a AI ITS Od no ai Ax 4 e 9 bu ai;ae F Ua J}+t Fp al.JOS Bun TSUT Ie 4 UE- JAT 1 P 'e Zg p Tna U n Y Bne IOS ap uoisua el V a Binaijdns no ainan Bu e Jas ug pnaou ne a Btjos ap U Oisuaq el 6 +adq A V a Jnal Bjeui no Banaif J 9 dns "sa Uiq A anb an ap uoi D uo+u 'u Ialuaij-ilp ina 4 e Di Idwed puozas np g 4 a Ztg Spnaou Sel SJBA Ba TJ 05 ap Ieu Bs np a Ceq al l Ue J An O &Acis Jnaqnpuon qua U Uai Aap t a ttg 4 Sg S 4 a T sa ati diq s-0 o 4 s Tsuej sel 'Wuawow awew n Vf inaez;zldwegid jaiwa Jd np B 2 oas ap 4 ae j a B a B Dauuoap - 9 gg 4 B 9 tg e 9 g Z '91 S U-d-u saiie Iodiq si J 4 sis S Ue-i s Bl f Ltg pnaou ne B a SZA uo Bsuaq el P oddej S Jed asseq 4 sa úIS pnaou ne agnb;Idde Tasl A apuemon ap uoisuaq el anbsioq ne B Sq J BT Jed anbt Jwnu leubi S un ua a Bl JBAUOD Ba g 4 nad; Fnb q Ua Wa A Tqzaa Dd S Bi Ba Ai 4 Tsad no BAAIE? 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dweqm ap qa+Fa V s Aoqsisuej 4 esuoiquor V dwetln ap:zaj a V sioqsisuej,4 esaiilodi Fq sio 4 sisuejq ap suoi T 4 muor ap gn 4 Tqsuo D adnoib al suep squuoiqmalçs 1 s A 04 SZS Uedq sap Ma Ae a Anao ua s TW 4 Uos slaluap++Tp s Jnaqez T Idwegid ap sa Beqq sald-Iqnw sqpsaj anb 33 ua e Sd 3 e Je Z 4ST UO qe D 3 pua^a J el Uolas salqeuuo Il Zalqs sinaqezi Tldwegid V anbiuojqal Jniaqejedwo 3 -LI -'seg siosisuej 4 qa anbil Ie 4,w apixo V ina 4 npuom-lwas e dweq D ap qa++a V sioqslsueiq 4 suoluor V dweqz ap 4 a+a e sdo 4 sisuej 4 esaijelodiq sio 4 sisueq ap suoiqnuor ap qn 4 zsuo D adnoib al suep saguuo; 4 a Ias quos saldI 4 nw sdo 4 sisuedq ap sad Fed saw Fpsal anb am t 95 (a) fourniture de multiples étages de préamplificateurs différentiels connectés à des résistances de charge et étages de sortie numérique communs, (b) fourniture de moyens pour activer sélectivement l'un quelconque desdits multiples étages de préamplificateurs différentiels, et (c) l'application d'un signal d'entrée à l'un desdits étages de préamplificateurs différentiels multiples et l'activation sélective dudit étage.