Brevet FR2712986A1 — publié le 19950602

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'une valeur analogique, utilisant un convertisseur analogique/ numérique, fonctionnant en commutation de tensions de référence. En électronique et notamment, dans le domaine de l'électronique automobile, il est classique de suivre les variations d'une grandeur analogique facilement mesurable (par exemple des variations de résistance) pour en déduire une valeur numérique (par exemple une température liée à ces variations de résistance). De manière connue, on utilise à cet effet, un convertisseur analogique / numérique. Le principe de fonctionnement d'un convertisseur analogique/ numérique est bien connu en soi. II s'agit de convertir une valeur analogique mesurée (par exemple une tension), en une valeur numérique. Pour cela il est nécessaire d'alimenter le convertisseur avec une tension de référence. Cette tension de référence doit impérativement être supérieure à la tension à mesurer. Par comparaison, le convertisseur indique quel est le rapport entre la tension mesurée et la tension de référence connue. Par exemple, il indique que la tension mesurée est égale à X fois la tension de référence (X est inférieur ou égal à 1). Si la dynamique maximum du convertisseur est de 256 bits, il indiquera que la tension mesurée est égale à (256 x X), cette valeur N est alors envoyée par le convertisseur à une unité de calcul. L'unité de calcul reçoit la valeur numérique N et connaissant la valeur exacte de la tension de référence, elle calcule la valeur réelle de la tension mesurée. Le problème inhérent à de tels convertisseurs réside dans le fait que pour déterminer la valeur exacte mesurée ils doivent disposer d'une tension de référence, elle même très précise, et surtout ne variant pas avec le temps. Or ce type de tensions de référence est très onéreux à réaliser. Pour pallier cet inconvénient, il est déjà connu, notamment par le brevet DE 2 661 504 (BOSCH), d'éliminer la tension de référence des calculs de conversion en procédant par mesure différentielle. En effet selon ce brevet, dans une phase d'étalonnage, une tension auxiliaire UH, essentiellement sans dérive, est mesurée par rapport à une tension de référence Uet et Un coefficient de correction est déterminé pour chaque convertisseur de manière à tenir compte de la valeur réelle de la tension auxiliaire par rapport à la tension de référence. Dans une seconde phase, on mesure immédiatement l'une après l'autre une grandeur électrique à mesurer U, et la grandeur électrique auxiliaire UM étalonnée. On obtient alors deux valeurs numériques N1 et N2, respectivement. Pour éliminer la tension de référence du convertisseur (ayant servi à la mesure de ces deux grandeurs) on effectue le rapport de N1 I N2 On notera que la variation de la tension de référence entre la mesure de ces deux grandeurs est négligeable, puisqu'elles sont mesurées immédiatement l'une après l'autre. On a ainsi: U m1 UH = N1 I N2. N1 et N2 sont connus, UH aussi, la tension Um mesurée est donc facile à calculer. Le procédé de mesure selon ce brevet permet donc de convertir une valeur analogique en une valeur numérique, en s'affranchissant des variations de la tension de référence alimentant le convertisseur. Un tel procédé de mesure permet d'améliorer la répétabilité de la mesure effectuée, puisque les variations de la tension de référence sont éliminées. Un tel procédé n'améliore cependant pas, la précision de la mesure. En effet lorsque la tension mesurée, varie dans une large plage de valeurs et qu'elle devient très faible devant la tension de référence, il est alors impossible de déterminer avec précision la grandeur de la tension mesurée. Pour obtenir une résolution maximum de la conversion sur toute la dynamique du signal à convertir, il convient de changer de tension de référence. Cette technique de commutation de tension de référence est connue en soi. Si l'on utilise cette technique dans le dispositif décrit dans le brevet DE 2 661 504 (BOSCH) ci-dessus rappelé, il convient d'ajouter au dispositif décrit une seconde tension de référence. Cette seconde tension de référence doit être inférieure à la tension de référence principale et doit être éliminée des calculs, par la suite (comme cela est fait pour la tension de référence principale). Ce faisant la tension auxiliaire UH essentiellement sans dérive doit pouvoir être mesurée par rapport à cette seconde tension de référence. Cette seconde tension doit donc être supérieure, à la tension auxiliaire UH, et ainsi de suite pour chaque tension de référence supplémentaire. II en résulte que la tension auxiliaire UH , doit être la plus petite possible. Or il n'est pas possible de travailler avec une tension auxiliaire UH très petite, sinon la répétabilité de la mesure est diminuée, et l'erreur de quantification du système augmente. En conséquence il n'est pas possible de combiner la technique d'amélioration de la répétabilité décrite dans le brevet DE 2 661 504 (BOSCH), avec une commutation de tensions de référence. Or cette commutation de tension de référence est impérative, pour améliorer la résolution et donc la précision, de la mesure lorsque la grandeur à mesurer varie sur une large plage. Le but de la présente invention est de créer un procédé et un dispositif mettant en oeuvre la technique de changement de tensions de référence, et étant capables de satisfaire les contraintes de précisions imposées sur une plage de température étendue, et ceci sans utiliser des sources de tensions de référence auxiliaire onéreuses. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de mesure d'une grandeur analogique à l'aide d'un convertisseur analogique / numérique, le dit convertisseur étant adapté pour recevoir, en provenance d'un multiplexeur, une tension de référence principale et au moins une tension de référence auxiliaire, le procédé consistant à: -sélectionner la tension de référence du convertisseur analogique entre la tension de référence principale et l'une des tensions de référence auxiliaires, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à: - étalonner la tension de référence sélectionnée, lorsque celle ci est l'une des tensions auxiliaire, par rapport à la tension de référence principale, - convertir une grandeur analogique à mesurer, en une grandeur numérique exprimée en fonction de la tension de référence sélectionnée, et - corriger, au moyen de l'étalonnage de la tension de référence auxiliaire par rapport à la tension de référence principale, la grandeur numérique exprimée en fonction de la tension de référence auxiliaire. Un tel procédé permet de comparer régulièrement la tension auxiliaire sélectionnée par rapport à la tension de référence. De ce fait tout écart, ou non stabilité, de la tension auxiliaire est pris en compte. La grandeur numérique obtenue par le convertisseur, lorsqu'il utilise cette tension de référence auxiliaire, est immédiatement corrigée. Cette correction, est une fonction de l'étalonnage de la tension de référence auxiliaire sélectionnée, par rapport à la tension de référence principale. II en résulte une bonne linéarité des courbes de conversion, notamment au moment d'un changement de tension de référence. En outre l'étalonnage de la tension de référence auxiliaire par rapport à la tension de référence principale est avantageusement réalisé en alimentant directement une entrée du convertisseur analogique / numérique avec la tension de référence auxiliaire. La présente invention concerne également un dispositif de mesure mettant en oeuvre le procédé ci dessus décrit. Ce dispositif comporte: - un système analogique adapté pour acquérir une grandeur analogique à mesurer, - un convertisseur analogique / numérique, adapté pour convertir la grandeur analogique à mesurer en une grandeur numérique, exprimée en fonction d'une tension de référence, - et des moyens de génération d'une tension de référence adaptés pour alimenter le convertisseur. Le dispositif selon l'invention se caractérise par le fait que les moyens de génération de la tension de référence comprennent: - une source de tension de référence principale, et - au moins une source de tension de référence auxiliaire, appliquée simultanément d'une part, au convertisseur en tant que tension de référence et d'autre part, à une entrée du convertisseur pour y être étalonnée par rapport à la tension de référence principale. On notera, que les différents moyens mis en oeuvre dans un tel dispositif sont simples et peu coûteux. La génération de chaque tension de référence auxiliaire est réalisée par un simple pont résistif, qui n'a pas besoin de présenter une grande précision. En effet, ce n'est pas la tension de référence auxiliaire réelle, qui est utilisée, mais son rapport à la tension de référence principale. De ce fait, il est inutile d'employer une source de tension de référence auxiliaire de grande précision. Le coût de réalisation d'un tel dispositif, est très faible et est entièrement compatible avec les exigences propres au domaine automobile. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en plan d'un dispositif connu, - la figure 2: est une vue schématique en plan du dispositif selon l'invention, dans lequel deux tensions de référence distinctes sont générées, et - la figure 3 est une vue schématique en plan du dispositif selon l'invention dans lequel, p tensions de références distinctes sont générées. La figure 1 illustre l'art antérieur en la matière. Pour convertir avec précision une grandeur analogique V, acquise par un système analogique 10, un convertisseur analogique / numérique 11 reçoit d'une part, la grandeur analogique acquise et d'autre part, une tension de référence Vref en provenance d'un multiplexeur 12. Ce multiplexeur reçoit quant à lui deux tensions indépendantes V1 (dite tension de référence principale) et V2 (dite tension de référence auxiliaire) de valeurs distinctes. Le multiplexeur 12 est adapté, sur commande d'une unité de calcul 14, pour sélectionner une de ces deux tensions de référence en fonction de la valeur de la grandeur analogique mesurée. La technique de sélection de la tension de référence, parmi la tension de référence principale et la tension de référence auxiliaire, est connue en soi. Selon cette technique, pour chaque grandeur analogique à convertir, le convertisseur effectue tout d'abord une première conversion en utilisant la tension de référence principale, puis le cas échéant, L'unité de calcul impose un changement de tension de référence. Bien sûr, dans le cas où plusieurs tensions de référence auxiliaires peuvent être utilisées, L'unité de calcul impose au convertisseur de prendre celle, qui est la mieux adaptée pour la conversion. L'inconvénient majeur d'un tel dispositif réside dans le fait qu'il nécessite plusieurs tensions de référence précises (ici V1 et V2). En outre à chaque changement de tension de référence (ce qui est obligatoire pour suivre la grandeur analogique sur toute l'étendue de la plage) on provoque des discontinuités (non-linéarités) des courbes de conversion. Le dispositif selon l'invention comporte quant à lui (figure 2) un système analogique 10 adapté pour acquérir une grandeur analogique V, un convertisseur analogique I numérique 11, adapté pour convertir la grandeur V en une grandeur numérique N, un multiplexeur 12, une unité centrale de calcul 14, et des moyens de génération d'au moins une tension de référence. Les moyens de génération d'au moins une tension de référence comportent une source de tension de référence principale V1, et une source de tension de référence auxiliaire V2 générée par un pont résistif R1 et R2 diviseur de tension, auquel est appliqué la tension de référence principale V1. La tension de référence principale V1 est appliquée à une première entrée E1 du multiplexeur 12. La tension de référence auxiliaire V2 est appliquée à une seconde entrée E2 du multiplexeur 12, et simultanément à une entrée E du convertisseur analogique / numérique. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant. Le système analogique 10 acquiert une grandeur analogique V. Cette grandeur est délivrée au convertisseur analogique / numérique 11. L'unité centrale 14 en fonction de cette grandeur envoie un ordre de sélection au multiplexeur 12 pour qu'il commute (le cas échéant), sur la tension de référence V1 ou V2. La tension sélectionnée est alors envoyée vers le convertisseur en tant que tension de référence. Simultanément, lorsque la tension sélectionnée est V2, (c'est-àdire lorsque la tension de référence sélectionnée est une tension de référence auxiliaire), la valeur de cette tension est envoyée sur l'entrée E du convertisseur analogique / numérique, pour y être convertie par rapport à la tension de référence V1. On réalise ainsi un étalonnage de la tension de référence auxiliaire, par rapport à la tension de référence principale. De ce fait on détermine le facteur d'échelle reliant la tension de référence principale et la tension de référence auxiliaire. Etant donné que la tension de référence auxiliaire, n'est pas une tension stabilisée, ce facteur d'échelle varie dans le temps. La conversion de la grandeur analogique V à mesurer, est ensuite effectuée, en utilisant la tension auxiliaire V2. Le résultat de cette conversion donne une grandeur numérique n exprimée en fonction de la tension de référence auxiliaire. En utilisant le facteur d'échelle reliant les tensions V1 et V2, au moment ou la conversion est réalisée, on corrige la grandeur numérique n précédemment trouvée. De ce fait la précision de la mesure est améliorée, puisque l'on a effectué un changement de gamme de tension de référence, tout en utilisant une source de tension de référence auxiliaire non stabilisée et peu onereuse. Grâce à cette correction, tenant compte de la valeur réelle de la tension de référence auxiliaire V2 par rapport à la tension de référence principale V1, la commutation de référence s'effectue sans perturbations (sauts). Bien entendu, le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être appliqués à un dispositif comportant plus de deux tensions de référence. Dans l'exemple représenté à la figure 3, p (entier positif) tensions de références distinctes sont mises en oeuvre. La tension de référence principale V1 est réalisée au moyen d'une source de tension stable. Une tension de référence auxiliaire V2 est réalisée comme précédemment au moyen d'un pont résistif R12 et R22 auquel est appliqué, la tension de référence principale V1. Les sources de tensions auxiliaires suivantes sont réalisées de la même manière. La p ième source de tension de référence auxiliaire Vp a été représentée. Cette tension de référence auxiliaire Vp est réalisée à partir d'un pont résistif R1 p. R2p auquel est appliquée la tension de référence principale V1. Le multiplexeur 12 reçoit chaque tension V1 à Vp et présente, à cet effet, au moins p voies. Un second multiplexeur 13 appelé multiplexeur de conversion reçoit quant à lui toutes les tensions auxiliaires (V2 à Vp). Lorsqu'une tension Vi (I En variante l'acquisition du coefficient d'échelle est effectuée par sur échantillonnage. Ceci est notamment utile au moment de la commutation de référence pour minimiser l'effet du bruit électrique, inhérent à tout système électronique. A cet effet, avant toute détermination de la grandeur numérique n, exprimée en fonction de la tension de référence auxiliaire, on cumule un certain nombre de valeurs de coefficient d'échelle et l'on détermine un coefficient d'échelle moyen. On notera que le procédé selon l'invention permet d'obtenir à un coût minimum, un dispositif de conversion analogique / numérique à résolution variable. Ce dispositif est en outre peu sensible à l'environnement thermique et est stable dans le temps. Un tel dispositif présente avantageusement p paliers de résolution de conversion analogique I numérique. Avantageusement, le dispositif selon l'invention utilise un réseau de résistances standard (sans contraintes de précision) et / ou de dérive thermique, pour générer des sources de tension de référence auxiliaire. On notera que contrairement à l'art antérieur en la matière, le changement de tension de référence est effectué non pas avec un coefficient d'échelle fixe mais avec un coefficient d'échelle variable. Ce coefficient est en outre régulièrement déterminé, soit périodiquement dans le temps, soit cycliquement (c'est à dire toutes les k mesures). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits, et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Notamment la périodicité de l'étalonnage (acquisition de la valeur du coefficient d'échelle) est ajustée, en fonction de la vitesse de dérive des éléments intervenant dans la génération de la tension de référence auxiliaire. REVENDICATIONS 1] Procédé de mesure d'une grandeur analogique à l'aide d'un convertisseur analogique / numérique (11), le dit convertisseur étant adapté pour recevoir, en provenance d'un multiplexeur, une tension de référence principale (V1) et au moins une tension de référence auxiliaire (V2 à Vp), le procédé consistant à: sélectionner la tension de référence du convertisseur analogique (11), entre la tension de référence principale (V1) et l'une des tensions de référence auxiliaires (V2 à Vp), le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à: étalonner la tension de référence sélectionnée, lorsque celle ci est l'une des tensions de référence auxiliaire, par rapport à la tension de référence principale (V1), convertir une grandeur analogique à mesurer (V), en une grandeur numérique (n) exprimée en fonction de la tension de référence sélectionnée, et corriger, au moyen de l'étalonnage de la tension de référence auxiliaire (V2 à Vp) par rapport à la tension de référence principale (V1), la grandeur numérique (n) exprimée en fonction de la tension de référence auxiliaire (V2 à Vp). 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour étalonner la tension de référence auxiliaire sélectionnée (V2 à Vp), par rapport à la tension de référence principale (V1), on délivre cette tension de référence auxiliaire (V2 à Vp), sur une entrée (E) du convertisseur analogique / numérique (11). 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étalonnage de la tension de référence auxiliaire sélectionnée (V2 à Vp), par rapport à la tension de référence principale (V1), est effectué régulièrement. 4] Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étalonnage est réalisé périodiquement. 5] Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étalonnage est réalisé cycliquement. 6] Dispositif de mesure mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, ledit dispositif comportant: un système analogique (10) adapté pour acquérir une grandeur analogique (V) à mesurer, un convertisseur analogique / numérique (11) adapté pour convertir la grandeur analogique à mesurer (V) en une valeur numérique (N), en fonction d'une tension de référence et des moyens de génération d'une tension de référence adaptés pour alimenter le convertisseur (11), ledit dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de génération de la tension de référence comprennent: une source de tension de référence principale (V1), et au moins une source de tension de référence auxiliaire (V2 à Vp), appliquée simultanément d'une part, au convertisseur en tant que tension de référence et d'autre part, à une entrée (E) du convertisseur (11) pour y être étalonnée par rapport à la tension de référence principale (V1). 7]. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un premier multiplexeur (12) adapté pour envoyer vers le convertisseur (11) la tension de référence sélectionnée, et un second multiplexeur de conversion (13) adapté pour délivrer la tension auxiliaire sélectionnée à l'entrée (E) du convertisseur ( 11 ). 8] Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque source de tension de référence auxiliaire (V2 à Vp), est réalisée par un pont diviseur de tension, auquel est appliquée la tension de référence principale (vu).