Brevet FR2691026A1 — publié le 19931112

CONVERTISSEUR ANALOGIQUENUMERIQUE ET BOUCLE D'ASSERVISSEMENT UTILISANT UN TEL CONVERTISSEUR La présente invention concerne un convertisseur analogique-numérique. Elle concerne aussi une boucle d'asservissement permettant la restitution de la composante continue d'un signal vidéo, communément appelé clamp ou rétroclamp. Les convertisseurs analogiques-numériques sont utilisés en électronique quand le codage numérique de l'information intervient. Un convertisseur analogique-numérique (CAN) a pour fonction de convertir en données numériques une grandeur électrique analogique. Cette grandeur électrique analogique peut être soit une tension, soit un courant. Comme cela est connu de l'homme de l'art, un convertisseur analogique-numérique de n bits délivre 2n combinaisons ayant chacune n bits de résolution. La précision d'un tel convertisseur est donnée par le basculement du bit de plus faible poids, noté LSB (Least Significant Bit). Selon l'art antérieur, cette précision est la même quelle que soit la valeur de la grandeur d'entrée. Selon les applications désirées, ceci peut représenter un inconvénient. I1 en est ainsi, par exemple, des boucles d'asservissement utilisant des convertisseurs analogiques-numériques afin de restituer la composante continue d'un signal vidéo. L'opération de restitution de la composante continue a pour but de fixer la tension continue de référence du signal vidéo à une valeur précise. Selon cette opération, le signal vidéo de chaque ligne est échantillonné sur sa composante continue ou niveau de noir. Une fraction de chaque échantillon est prélevée et comparée à une valeur de référence de façon à générer un signal d'erreur qui est réinjecté, éventuellement après amplification, dans le signal vidéo. Plusieurs méthodes sont connues de l'homme de l'art afin de réaliser cette opération et notamment une méthode numérique selon laquelle le prélèvement de la composante continue est effectuée après conversion dudit signal en code numérique. Comme cela a été mentionné précédemment, le niveau continu prélevé en sortie du convertisseur analogique-numérique est alors défini avec une précision de + 1 LSB. La composante continue présente alors une oscillation de + 1 bit de quantification autour de la consigne, ce qui a pour conséquence d'empêcher sa stabilisation. L'invention ne présente pas cet inconvénient. La présente invention a pour objet un convertisseur analogiquenumérique de tension comprenant 2n - 1 comparateurs permettant de générer 2n niveaux de tension différents quand la tension d'entrée varie, et un circuit de codage binaire comprenant des moyens pour transformer les 2n niveaux de tension en 2n codes binaires ayant chacun n bits de résolution, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens supplémentaires permettant de coder la tension contenue dans au moins une plage de variation de la tension d'entrée en une information ayant un nombre de bits de résolution supérieur à n. La présente invention a aussi pour objet une boucle d'asservissement de la composante continue d'un signal vidéo, caractérisée en ce qu'elle contient un convertisseur analogique-numérique selon l'invention. Un avantage de l'invention est donc de stabiliser correctement le niveau de la composante continue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait avec référence aux figures ciannexées dans lesquelles - la figure 1 décrit un convertisseur analogique-numérique selon l'art antérieur; - la figure 2 décrit une courbe de conversion du convertisseur décrit en figure 1; - la figure 3 représente un exemple de convertisseur analogiquenumérique selon l'invention; - la figure 4 décrit la courbe de conversion du convertisseur décrit en figure 3; - la figure 5 représente un convertisseur analogique-numérique selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention; - la figure 6 représente une application du convertisseur décrit en figure 5; Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Selon les modes de réalisation de l'invention décrits, la grandeur électrique analogique d'entrée est une tension. I1 est évident que l'invention concerne aussi d'autres types de convertisseurs et notamment les convertisseurs pour lesquels la grandeur d'entrée est un courant. La figure 1 décrit un convertisseur analogique-numérique 100 selon l'art antérieur. I1 s'agit d'un convertisseur connu de l'homme de l'art sous le nom de convertisseur flash. Pour des raisons de simplification, le dispositif représenté sur la figure 1 est un convertisseur de 2 bits délivrant 4 combinaisons. Comme cela est connu de l'homme de l'art, ce convertisseur contient 3 comparateurs 1. De façon générale, un convertisseur de type flash de n bits contient 2n - 1 comparateurs. Le convertisseur de la figure 1 est tel que la tension analogique d'entrée V est comparée à 3 tensions de référence V1, V2, V3 à l'aide de 3 comparateurs. Selon que la tension V est supérieure ou inférieure aux tensions de référence, le signal issu de chaque comparateur prend une première valeur ou une deuxième valeur parmi deux valeurs possibles. Les différents signaux issus des comparateurs sont alors envoyés dans un circuit logique 2 permettant, comme cela est connu de l'homme de l'art, de coder en binaire les informations qu'il reçoit sous la forme de combinaisons de 2 bits. Un bit est recueilli au point A et l'autre au pointB. Ilya4combinaisons = (0,0), (01), (1,0), (1;1). La figure 2 décrit la courbe de conversion du convertisseur décrit en figure 1. Cette courbe associe la tension d'entrée V aux codes binaires par les rangs ou niveaux N qui permettent de les symboliser. I1 est alors possible de dresser le tableau suivant: V V2 V > V3: N = 3 code 1) La figure 3 représente un exemple de convertisseur analogiquenumérique selon un mode de réalisation de l'invention. De même que le convertisseur 100 décrit en figure 1, le convertisseur 200 décrit en figure 3 contient 3 comparateurs associés aux tensions respectives V1, V2, V3. Selon l'exemple de réalisation de l'invention, 3 comparateurs supplémentaires permettent la comparaison de la tension analogique V avec les tensions de référence respectives V21, V22, V23. Ces tensions sont compnses, par exemple, dans l'intervalle situé entre les tensions V2 et V3 de façon que: V3 - V23 = V23 - V22 = v - V21 =V21-V2 Un circuit logique de codage binaire 2 recueille les signaux issus des différents comparateurs. Les codes binaires générés par le circuit 2 sont des combinaisons de 4 bits recueillis respectivement aux points C, D, E, F. La figure 4 décrit la courbe de conversion du convertisseur de la figure 3. Le fait d'ajouter 3 comparateurs permet de définir 3 niveaux supplémentaires (2.25, 2.5, 2.75) situés entre les niveaux 2 et 3. Selon l'invention, la précision du convertisseur est multipliée par 4 lorsque la tension analogique V varie entre V2 et V3 puisque le convertisseur délivre deux bits de résolution supplémentaires. On peut alors dresser le tableau suivant: Variation de Niveau Bit recueilli Bit recueilli Bit recueilli Bit recueilli V en C en D en E en F V O 0 0 0 0 V1 V V2 1 0 1 0 0 V2 V V21 2 1 0 0 0 V21 V V22 2.25 1 0 0 1 V22 2.5 1 0 1 0 V23 V23 V3 2.75 l 0 l i V > V3 3 l l 0 0 Les codes binaires recueillis aux points C et D du convertisseur 200 sont identiques aux codes binaires respectivement recueillis aux points A et B du convertisseur 100. Les codes binaires recueillis aux points E et F sont associés aux informations délivrées par les 3 comparateurs supplémentaires. Ces comparateurs permettent de générer 4 combinaisons de 2 bits chacune quand la tension V est comprise entre les valeurs V2 et V3. Quand la tension V est inférieure à V2 ou supérieure à V3, le circuit logique 2 force les bits à zéro par tout moyen connu de l'homme de l'art et qu'il n'est donc pas nécessaire de rappeler dans la présente demande. La figure 5 représente, un convertisseur analogique-numérique selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. I1 s'agit de la généralisation du convertisseur analogique-numérique décrit en figure 3. Le convertisseur analogique-numérique 300 comprend un premier ensemble de 2n-1 comparateurs 1. Chaque comparateur est associé à une tension Vi(i = 1, 2, --- , 2n - 1). De préférence les tensions Vi sont espacées de façon que: Vj+l - Vj = Vj = Vj-1 (j = 1,2, ,2n 2n - 1) Les 2" - 1 comparateurs définissent 2n niveaux de tension différents (N = 1, 2--- , 2n). Selon l'invention, le convertisseur 300 comprend q comparateurs supplémentaires 20. Chacun de ces comparateurs est associé à une tension Wk (k = 1, 2, --- , q) comprise entre deux tensions successives VNo et V(N0 + 1), prises parmi les 2n - 1 tensions mentionnées ci-dessus. De préférence les tensions Wk sont choisies de façon que V(N0+i)-Wq = Wq - W(q-1) = ---- = W2 - W1 = W1 - VNO. Les q comparateurs supplémentaires permettent de définir M = q + 1 niveaux intermédiaires situés entre le niveau No et le niveau No + 1. Selon le premier mode de réalisation de l'invention, le circuit de codage binaire 2 convertit d'une part l'information constituée par les 2n niveaux en codes de n bits et, d'autre part, l'information constituée par les NI niveaux intermédiaires en codes de p bits. Comme cela est connu de l'homme de l'art, le nombre NI doit être un nombre entier égal à une puissance de 2. I1 vient donc q = 2P-1. Les codes binaires de n bits sont recueillis sur les sorties S1, S2 --- Sn, et les codes binaires de p bits sur les sorties Sn+1, --- Sn+p A la manière de ce qui a été mentionné précédemment, le circuit de codage binaire comprend des moyens permettant de forcer à zéro les combinaisons des p bits pour tous les niveaux entiers de 1 à 2n, c'est-à-dire ailleurs que dans la zone d'intérêt. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention n = 8 et p = 2. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le convertisseur analogique-numérique qui vient d'être décrit comprend un seul sous-ensemble de q comparateurs supplémentaires situés entre deux niveaux entiers successifs. I1 est évident que l'invention concerne aussi des convertisseurs analogiques-numériques contenant plusieurs sous-ensembles de comparateurs supplémentaires tels que celui décrit ci-dessus. Selon l'invention les niveaux supplémentaires générés par un sousensemble de q comparateurs peuvent être situés entre deux niveaux entiers successifs, comme décrit ci-dessus, ou bien de part et d'autre d'un ou de plusieurs niveaux entiers. La figure 6 représente une application du convertisseur décrit en figure 5. Le convertisseur analogique-numérique 300 est situé dans une boucle d'asservissement de la composante continue d'un signal vidéo Sv. Le niveau No associé à la tension VNo représente alors la composante continue du signal vidéo. Selon le mode de réalisation préférentiel, No = 16. C'est le niveau actuellement préconisé par la norme internationale d'échantillonnage du signal de luminance (norme 4 : 2 : 2). Cependant un niveau différent du niveau 16 pourrait tout aussi bien être choisi, par exemple le niveau 128 qui correspond au signal de chrominance. I1 a été mentionné précédemment que selon le mode de réalisation préférentiel n = 8 et p = 2. Les niveaux intermédiaires sont alors au nombre de 3 (16.25, 16.50, 16.75). Les combinaisons des p bits supplémentaires ne sont significatives que pour les niveaux intermédiaires non entiers (par exemple 16.25, 16.50 et 16.75 selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention) car, comme cela a été mentionné précédemment, le circuit de codage binaire 2 comprend des moyens permettant de forcer à zéro les combinaisons des p bits pour tous les niveaux entiers de 1 à 2n, c'est-à-dire ailleurs que dans la zone ou les niveaux intermédiaires ont de l'intérêt. Selon l'invention, le dispositif de la figure 6 permet d'asservir la composante continue du signal vidéo de façon à supprimer l'oscillation de + 1 bit de quantification qui est présente dans les dispositifs de l'art antérieur. A cette fin, la boucle d'asservissement utilise le code constitué en sortie du convertisseur analogique-numérique 300 par les m = n + p bits. Ce code est envoyé dans un portier logique 3. Une commande C1 permet d'échantillonner le portier logique 3 au rythme d'apparition du niveau de noir du signal vidéo d'entrée Sv. Les codes utilisés autour de la composante continue sont alors comparés à l'aide du comparateur 4 à un code de référence R1 dont la combinaison est identique à l'une de celles dont les codes à p bits sont significatifs. Le signal d'erreur issu du comparateur 4 est alors transféré à l'aide du filtre de boucle 5, par exemple un intégrateur-numérique, vers un convertisseur numérique analogique 6 qui transforme l'erreur numérique en tension d'erreur analogique appliquée à l'additionneur algébrique 7 de façon à réajuster le niveau continu de la tension. Selon le mode de réalisation préférentiel, le code de référence R1 est identique à celui qui correspond au niveau 16.50. Comme cela a été mentionné précédemment, la précision obtenue en régime établi est donnée par le basculement du bit de plus faible poids. Selon le mode de réalisation préférentiel, la précision obtenue est donc égale à + 0.25 LSB autour de la consigne de référence R1, où LSB désigne le bit de plus faible poids des codes à n bits. En régime établi, le niveau continu de la composante vidéo est ainsi fixé au niveau 16, sans oscillation parasite. De façon générale, la précision du convertisseur analogique-numérique est égale à + 1 LSB/2P. On peut noter que l'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique conventionnel de m bits, délivrant 2m combinaisons permet d'appliquer le principe décrit dans ce document. Cela présente cependant un inconvénient majeur en terme de coût car la surface du silicium qui permet de réaliser le composant est augmentée de façon très significative, ainsi que la consommation. De plus, il n'est pas nécessairement requis que la précision soit ainsi étendue sur l'ensemble du convertisseur. REVENDICATIONS 1. Convertisseur analogique-numérique (300) de tension comprenant 2n - 1 comparateurs (1) permettant de générer 2n niveaux de tension différents quand la tension d'entrée varie, et un circuit de codage binaire comprenant des moyens pour transformer les 2n niveaux de tension en 2n codes binaires ayant chacun n bits de résolution, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens supplémentaires (20) permettant de coder la tension contenue dans au moins une plage de variation de la tension d'entrée en une information ayant un nombre de bits de résolution supérieur à n. 2. Convertisseur analogique-numérique (300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens supplémentaires comprennent au moins un ensemble de 2P -1 comparateurs permettant de générer 2P niveaux de tension situés entre un premier niveau (No) et deuxième niveau (No+ 1), lesdits premier et deuxième niveaux étant deux niveaux successifs choisis parmi les 2n niveaux et en ce que le circuit de codage binaire (2) comprend des moyens pour transformer les 2P niveaux de tension en 2P codes binaires de p bits chacun de façon que la tension d'entrée soit convertie en une combinaison de n + p bits prise parmi les 2n + 2P combinaisons disponibles en sortie du convertisseur. 3. Convertisseur analogique-numérique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de codage binaire (2) comprend des moyens pour forcer à zéro les p bits des 2n combinaisons associées auxdits 2n niveaux de tension. 4. Boucle d'asservissement de la composante continue d'un signal vidéo, caractérisée en ce qu'elle contient un convertisseur analogique-numérique selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit convertisseur étant tel que le premier niveau (No) choisi parmi les 2n niveaux correspond au niveau de stabilisation de ladite composante continue. 5. Boucle d'asservissement selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un portier logique (3) relié au convertisseur analogiquenumérique et permettant d'échantillonner le signal issu du convertisseur au rythme d'apparition de la composante continue sous l'influence d'une commande extérieure (C1), un comparateur (4) recueillant l'information issue du portier logique (3) et comparant ladite information à un code de référence (R1) dont la combinaison est identique à l'une de celles dont les codes à p bits sont non nuls, un filtre de boucle (5) recueillant le signal issu du comparateur, un convertisseur numériqueanalogique (6) qui transforme le signal issu du filtre de boucle (5) en tension d'erreur analogique, et un additionneur algébrique (7) recueillant la tension d'erreur analogique de façon à réajuster le niveau de la composante continue.