Brevet FR2741213A1 — publié le 19970516

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de conversion analogique/numérique, notamment pour unité de contrôle de température dans un véhicule automobile. Classiquement, une unité de contrôle de température pour installation de climatisation ou de chauffage de véhicule automobile comporte, ainsi qu'illustré sur la figure 1, un micro-contrôleur 1 et une thermistance RT inclue dans un diviseur de tension 2 alimenté par une tension de référence Vref, la tension aux bornes de la thermistance RT étant convertie en une valeur numérique utilisable par le micro-contrôleur 1 par un convertisseur analogique/numérique 3. La précision de la régulation en température que réalise une telle unité de contrôle est limitée par la résolution du convertisseur analogique/numérique. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de conversion analogique/numérique qui permette une résolution améliorée. I1 a déjà été proposé dans la demande de brevet FR 2 232 881 un dispositif de conversion analogique/ numérique de type parallèle, dans lequel, pour obtenir une résolution améliorée, on réalise la conversion numérique de N signaux qui sont respectivement la somme du signal à numériser et d'un signal correspondant à une progression arithmétique de AV/N, où AV est la résolution du convertisseur analogique/numérique utilisé dans ces opérations, puis on moyenne arithmétiquement les N mesures ainsi réalisées. La résolution du dispositif de conversion analogique/numérique ainsi réalisé est de AV/N. Un tel dispositif nécessite toutefois une électronique compliquée. I1 comporte en particulier, outre un convertisseur analogique/numérique et un convertisseur numérique/analogique, un compteur d'incrémentation, ainsi que des moyens sommateurs de type amplificateur opérationnel. L'invention propose quant à elle un dispositif de conversion analogique/numérique qui permet d'améliorer la résolution du convertisseur analogique/numérique qu'il utilise et est d'une structure simplifiée par rapport au dispositif proposé dans FR 2 232 881. Plus particulièrement, le procédé proposé par l'invention est caractérisé par la succession d'étapes suivantes 1) on convertit, au moyen de ce convertisseur analogique/numérique, ce signal analogique en une valeur numérique, 2) on somme à cette valeur numérique un premier nombre entier relatif ko, 3) on convertit au moyen du convertisseur numérique/analogique la valeur somme ainsi obtenue en un signal analogique, 4) on réalise une combinaison linéaire de coefficients prédéterminés entre ce signal analogique et le signal analogique initial à convertir, 5) on convertit le signal analogique somme ainsi obtenu en une valeur numérique au moyen dudit convertisseur numérique/analogique, 6) on réitère les étapes 2 à 5 avec la meme valeur d'entier relatif ko jusqu'à obtenir une valeur numérique stable, 7) on réitère les étapes 1 à 6 avec au moins un autre nombre entier relatif k, 8) on moyenne les valeurs numériques ainsi obtenues pour différents entiers relatifs, cette valeur numérique moyenne étant la valeur numérique de conversion recherchée. L'invention propose également un dispositif de conversion analogique/numérique, notamment pour une unité de contrôle de température dans un véhicule automobile, comportant un convertisseur analogique/numérique, dont une entrée est reliée à des moyens principalement résistifs sur lesquels une tension correspondant au signal analogique à convertir est injectée, caractérisé en ce qu'il comporte une boucle de rétroaction qui comprend des moyens de traitement de la valeur numérique en sortie du convertisseur analogique/ numérique, un convertisseur numérique/analogique recevant en entrée une valeur déterminée par les moyens de traitement, ainsi qu'une liaison principalement résistive entre la sortie dudit convertisseur numérique/analogique et l'entrée du convertisseur analogique/numérique, la valeur déterminée par les moyens de traitement et transmise en entrée du convertisseur numérique/analogique étant la somme de la valeur en sortie du convertisseur analogique/numérique et d'un nombre entier relatif k auxquels lesdits moyens de traitement donnent plusieurs valeurs, lesdits moyens de traitement calculant en outre la moyenne des différentes valeurs numériques obtenues en sortie du convertisseur analogique/numérique pour ces différentes valeurs de k, cette moyenne étant la valeur numérique de conversion en sortie dudit dispositif. On notera qu'un tel dispositif de conversion est d'une électronique simplifiée. On trouve en particulier couramment à l'heure actuelle dans le commerce des microcontrôleurs comportant à la fois un convertisseur analogique/numérique et un convertisseur numérique/ analogique. Avantageusement, les différentes valeurs de k sont choisies de façon que pour un rapport Tio donné entre la tension en entrée et la tension de référence du convertisseur analogique/numérique et une valeur numérique de conversion No pour ce rapport 0, les rapports de transition T)c [k] et Ti+o [k] qui font basculer, pour ces valeurs de k, la fonction de transfert de l'ensemble constitué par le convertisseur analogique/numérique et la boucle de rétroaction de No à No+1 et de No-1 à No soient compris entre Tic et rl+ol où Tic et Ti+o correspondent aux rapports de transition qui font basculer la fonction de transfert du convertisseur analogique/numérique non bouclé de No à No+1 et de No-1 à No. Notamment, les rapports de transition #-0 [k] et #+0 [k] sont préférentiellement répartis régulièrement entre rl-o et Ti+c De façon avantageuse, par exemple, k prend h valeurs positives réparties arithmétiquement, où h est un entier, ainsi que h valeurs négatives symétriques des h valeurs positives. Notamment, dans un mode de réalisation préféré, k prend les huit valeurs de l'ensemble {-4 , -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4}. Egalement, de façon avantageuse encore, la résistance des moyens principalement résistifs sur lesquels la tension correspondant au signal analogique à convertir est injectée et/ou la résistance de la liaison principalement résistive entre la sortie dudit convertisseur numérique/analogique et l'entrée du convertisseur analogique/numérique est (sont) ajustée(s) de façon que la caractéristique de conversion du dispositif soit sensiblement centrée sur la droite de conversion idéale de part et d'autre de Tic et de No. Dans une variante de réalisation, le convertisseur analogique/numérique présente plusieurs entrées, la sortie du convertisseur numérique/analogique étant reliée à ces différentes entrées par plusieurs liaisons principalement résistives correspondant à des valeurs de résistances différentes. L'invention concerne également un dispositif de conversion analogique/numérique pour une unité de contrôle de température dans un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif du type précité, ainsi qu'au moins un diviseur de tension qui comprend une thermistance dont la tension est injectée sur les moyens principalement résistifs en entrée du convertisseur analogique/numérique. Dans le cas d'un convertisseur analogique/numérique à plusieurs entrées, le dispositif comporte plusieurs diviseurs de tension, dont les thermistances sont reliées par des moyens principalement résistifs aux différentes entrées d'un ou plusieurs convertisseurs analogique(s)/numérique(s). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de conversion analogique/numérique de l'art antérieur ; - la figure 2 est une représentation schématique analogue à celle de la figure 1 d'un dispositif de conversion conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention - la figure 3a illustre la caractéristique du dispositif de conversion de la figure 1 - les figures 3b et 3c illustrent les caractéristiques du dispositif de conversion rebouclé de la figure 2 pour k = 0 et k = 1 - les figures 4a et 4 b illustrent les caractéristiques de transfert du dispositif de conversion de la figure 2 pour deux valeurs différentes de k - la figure 4c illustre la caractéristique de transfert du dispositif de conversion de la figure 2 obtenue en sommant les caractéristiques des figures 4a et 4b ; - les figures 5a à 5c illustrent l'ajustement de la caractéristique de transfert du dispositif de conversion de la figure 1, la figure Sa correspondant à une fonction de transfert avec un facteur gain trop élevé, la figure 5b correspondant à une fonction de transfert avec un facteur gain correctement ajusté, la figure 5c correspondant à une fonction de transfert avec un facteur gain trop faible - la figure 6 illustre une autre variante de réalisation possible pour le dispositif proposé par l'invention. Le dispositif conforme à l'invention illustré sur la figure 2 comporte, de la même façon que celui de la figure 1, un pont diviseur 12 alimentant une thermistance RT, ainsi qu'un micro-contrôleur 11, qui comprend un convertisseur analogique/numérique 13 recevant en entrée une tension fonction de la tension aux bornes de la thermistance RT. La thermistance RT est reliée d'une part à la masse et d'autre part à une résistance principale Rp alimentée à son extrémité opposée à la thermistance RT par une tension de référence Vref. L'extrémité commune des résistances RT et Rp est reliée, à l'entrée du convertisseur 13 analogique/numérique par une résistance RO. La sortie numérique du convertisseur 13 est envoyée sur des moyens de traitement 14 qui mettent en oeuvre un algorithme qui va être décrit ci-après de façon détaillée. Ces moyens de traitement 14 transmettent une valeur numérique M en entrée d'un convertisseur numérique/analogique 15. La sortie analogique de ce convertisseur 15 est reliée à l'entrée du convertisseur analogique/numérique 13 par une résistance Rg. La tension Ve en entrée du convertisseur 13 est telle que Ve=g(,).Vref où Ti est le rapport VRT/Vref que l'on cherche à déterminer et y le rapport Vx/Vref. et VRT et Vx étant respectivement la tension aux bornes de la thermistance RT et en sortie du convertisseur numérique/analogique 15, K et L étant tels que K = Rg/R0 et L = RO/Rp. Les convertisseurs 13 et 15 sont choisis de même résolution. On note par la suite q = 1/2P le pas de quantification de ces convertisseurs 13 et 15, p étant leur nombre de bits. La valeur numérique M calculée par les moyens de traitement 14 correspond à la somme de la grandeur en sortie du convertisseur 13 et d'un nombre entier relatif k. Au voisinage d'un point correspondant à une valeur numérique de No en sortie du convertisseur 13 et à une valeur Tic = q.N0 pour , le paramètre Gain (n) est constant. Sous cette hypothèse, on démontre, ainsi qu'illustré sur les figures 3a à 3c, que la fonction de transfert de l'ensemble constitué par le convertisseur 13 et sa boucle de rétroaction se déduit, pour k donné, de la fonction de transfert pour k = 0 par une translation de k.q/Gain. Pour k = 0, la fonction de transfert se déduit de la fonction du convertisseur simple (sans rebouclage) par une homothétie de centre Tic et de rapport 1 + 1 Gain La caractéristique de transfert du dispositif de conversion de la figure 1 autour du point (Tic, N0) a été illustrée sur la figure 3a. Soit f(n), la fonction de transfert du convertisseur 13 seul. On a porté sur cette figure 3a la valeur #+0 de Ti qui fait basculer f(n) de No à No+1 et #-0 la valeur de Ti qui fait basculer f(#)de No-1 à Ne. Plus précisément, on a #-0= q.N0 - q et #+0 = q.N0 + q 2 2 Sur la figure 3b et la figure 3c, on a porté les courbes caractéristiques de l'ensemble constitué par convertisseur 13 et sa boucle de rétroaction pour k = 0 et k = 1. On note #-0 [k] et #+0 [k], les valeurs de Ti qui pour k donné font basculer le dispositif de conversion rebouclé de No (resp.No-1) à N0+1 (resp.N0). On montre que #-0 [k] = #-0 - q (k + 1) Gain 2 #+0 [k] = #+0 - q (k - 1) Gain 2 Par conséquent, le décalage entre deux valeurs successives de k est le même dans chaque cas et vaut #+0 [k] - #+0 [k+1] = Tic [k] - Tic [k+1] = a gain Lors d'une mesure de la valeur de la thermistance RT, les moyens de traitement 14 somment à la sortie numérique du convertisseur 13 plusieurs valeurs différentes pour k, puis moyenne les différentes valeurs numériques N obtenues pour ces différentes valeurs de k à la sortie du convertisseur 13. On a illustré sur la figure 4c la caractéristique de fonction de transfert obtenue en moyennant les caractéristiques de fonction de transfert illustrées sur les figures 4a et 4b et correspondant à deux valeurs différentes pour k (respectivement k1 et k2). Sur ces figures 4a à 4c, on a porté en traits pointillés la fonction de transfert du dispositif de conversion de la figure 1. La courbe moyennée de la figure 4c présente, de la même façon que les courbes caractéristiques des figures 4a et 4b, un palier à la valeur No. Elle présente en outre une résolution qui est double de celle des courbes caractéristiques des figures 4a et 4b. L'addition des deux fonctions de transfert correspondant à deux valeurs différentes de k a créé des marches de hauteur 1/2 de part et d'autre d'un palier correspondant à No. De façon générale, pour une valeur de Ti située entre c o- et 0+, on améliore la résolution du convertisseur analogique/numérique 13 en moyennant les valeurs numériques obtenues en sortie du convertisseur 13 pour plusieurs valeurs de k. Ces différentes valeurs de k sont avantageusement choisies de façon à assurer une répartition régulière des transitions dans l'intervalle [n-0, Ti+el. Pour obtenir une résolution correspondant à la résolution initiale divisée par 2h, avec h entier, on utilise par exemple h valeurs de k positives réparties arithmétiquement ainsi que h valeurs négatives symétriques de ces valeurs positives. Ces différentes valeurs de k sont choisies de façon que les transitions rl-o [k] et #+0 [k] se situent dans l'intervalle tie et 0+. Sur les figures 4a à 4c, on a également porté en traits pleins les droites sur lesquelles les caractéristiques portées sur ces figures sont centrées, ainsi qu'en traits pointillés la droite correspondant à la caractéristique idéale du dispositif de conversion non rebouclé, que l'on souhaite approcher. On voit sur ces figures, et en particulier sur la figure 4c, que les droites sur lesquelles les caractéristiques de transfert illustrées sur ces figures sont centrées, sont inclinées par rapport à la droite de conversion idéale. Pour pallier cet inconvénient, le paramètre Gain est ajusté de façon que la droite sur laquelle la fonction de transfert moyennée obtenue est centrée soit aussi proche que possible de la droite de conversion idéale. A cet effet, on ajuste les résistances R0 et Rg, c'est-à-dire les coefficients K et L, en fonction des valeurs de k utilisées, ainsi que des valeurs Tic et No autour desquels on cherche à avoir une résolution améliorée. Ces valeurs Tic et No correspondent par exemple à la température centrale de la plage des températures que l'on cherche à couvrir (typiquement de 100C à 40 C). On a illustré sur les figures 5a à Sc les effets de l'ajustement du paramètre Gain dans le cas où les moyens de traitement donnent à k les huit valeurs de l'ensemble {-4 , -3, -2, -1, 1 ,2, 3, 4} Dans le cas illustré sur la figure 5a, la suite {n-o[1],#-0 [2]#-0[3]#-0[4],#+0[-1],#+0[-2],#+0[-3],#+0[-4]} ne recouvre pas entièrement l'intervalle [#-0 + 9q, #+0 q ] 2 Gain 2 Gain La fonction de transfert illustrée sur cette figure correspond à une facteur Gain trop élevé. Une fonction de transfert correctement ajustée a été illustrée sur la figure 5b. Sa caractéristique est centrée sur la droite de transfert idéale. Les différentes marches correspondant aux n+O [k] et n-O [k] sont régulièrement réparties dans l'intervalle [r)-0 + a, Ti+c q ]. 2 Gain 2 Gain Par contre, la fonction de transfert illustrée sur la figure 5c correspond à un facteur Gain trop faible. Sa caractéristique est éloignée de la droite de conversion idéale. Une fois le facteur Gain correctement ajusté, l'acquisition d'une mesure se décompose en deux phases. Dans un premier temps, on fait converger la sortie du dispositif en réalisant pour k = 0 quatre déterminations de valeur de N, ces déterminations n'étant pas utilisées par la suite. Cette phase de convergence sert à retrouver une fois l'acquisition précédente achevée la valeur de tension d'entrée que l'on aurait eu en l'absence de boucle sur le convertisseur numérique/analogique 13. Entre chaque détermination, on respecte un temps de stabilisation du signal. A l'issue de cette phase de convergence, dans un deuxième temps, les moyens de traitement font prendre à k les huit valeurs de l'ensemble {-4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4}. Les huit valeurs numériques ainsi obtenues pour N sont moyennées pour obtenir la valeur convertie recherchée. Entre chaque détermination de N, on respecte également un temps de stabilisation du signal. La valeur haute résolution ainsi obtenue est ensuite exploitée de façon habituelle par le microcontrôleur 11. Les douze échantillonnages nécessaires à la fourniture de la valeur convertie haute résolution sont par exemple réalisés en un temps inférieur à 500 ms. De préférence ces échantillonnages s seront réalisés de façon successive, mais cette séquence peut être interruptible. Le dispositif qui vient d'être décrit permet d'atteindre une résolution sur 12 bits en utilisant un convertisseur analogique/numérique 13 de 8 bits. En variante, ainsi qu'illustré sur la figure 6, il est possible, pour par exemple couvrir plusieurs plages de températures distinctes, de monter en parallèle sur un même convertisseur analogique/numérique 13 à plusieurs entrées plusieurs résistances thermiques RT1, RT2 couvrant chacune une plage de température donnée. En variante encore, étant donné le faible coût des microcontrôleurs à CAN en entrée et CNA en sortie, le convertisseur analogique/numérique à plusieurs entrées peut être remplacé par une pluralité de convertisseurs analogiques/numériques classiques à une seule entrée disponible dans un même boîtier de circuit intégré. La sortie du convertisseur numérique/analogique 15 est reliée à ces différentes entrées par plusieurs résistances Rg1, Rg2 de valeurs différentes. Les valeurs de ces résistances, ainsi que les valeurs des résistances Rpl, RO1, Rp2, RO2 des diviseurs de tension dans lesquels ces résistances thermiques sont inclues sont choisies en fonction des différentes plages de température à couvrir. REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion analogique/numérique d'un signal analogique donné au moyen d'un convertisseur analogique/numérique (13) et d'un convertisseur numérique/analogique (15), caractérisé par la succession d'étapes suivantes 1) on convertit, au moyen de ce convertisseur analogique/numérique, ce signal analogique en une valeur numérique, 2) on somme à cette valeur numérique un premier nombre entier relatif ko, 3) on convertit au moyen du convertisseur numérique/analogique la valeur somme ainsi obtenue en un signal analogique, 4) on réalise une combinaison linéaire de coefficients prédéterminés entre ce signal analogique et le signal analogique initial à convertir, 5) on convertit le signal analogique somme ainsi obtenu en une valeur numérique au moyen dudit convertisseur numérique/analogique, 6) on réitère les étapes 2 à 5 avec la même valeur d'entier relatif ko jusqu'à obtenir une valeur numérique stable, 7) on réitère les étapes 1 à 6 avec au moins un autre nombre entier relatif k, 8) on moyenne les valeurs numériques ainsi obtenues pour différents entiers relatifs, cette valeur numérique moyenne étant la valeur numérique de conversion recherchée. 2. Dispositif de conversion analogique/numérique, notamment pour une unité de contrôle de température dans un véhicule automobile, comportant un convertisseur analogique/numérique (13), dont une entrée est reliée à des moyens principalement résistifs (RO) sur lesquels une tension correspondant au signal analogique à convertir est injectée, le dispositif comportant également un convertisseur numérique/analogique (15), caractérisé en ce qu'il comporte une boucle de rétroaction qui comprend des moyens de traitement (14) de la valeur numérique en sortie du convertisseur analogique/ numérique, le convertisseur numérique/analogique (15) recevant en entrée une valeur déterminée par les moyens de traitement (14), ainsi qu'une liaison principalement résistive (Rg) entre la sortie dudit convertisseur numérique/analogique (15) et l'entrée du convertisseur analogique/numérique (13), la valeur déterminée par les moyens de traitement (14) et transmise en entrée du convertisseur numérique/analogique (15) étant la somme de la valeur en sortie du convertisseur analogique/numérique (13) et d'un nombre entier relatif k auxquels lesdits moyens de traitement (14) donnent plusieurs valeurs, lesdits moyens de traitement (14) calculant en outre la moyenne des différentes valeurs numériques obtenues en sortie du convertisseur analogique/numérique (13) pour ces différentes valeurs de k, cette moyenne étant la valeur numérique de conversion en sortie dudit dispositif. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différentes valeurs de k sont choisies de façon que pour un rapport Tic donné entre la tension en entrée et la tension de référence du convertisseur analogique/numérique (13) et une valeur numérique de conversion Ne pour ce rapport rlol les rapports de transition Tic [k] et rl+o [k] qui font basculer, pour ces valeurs de k, la fonction de transfert de l'ensemble constitué par le convertisseur analogique/numérique (13) et la boucle de rétroaction de No à No+l et de No-l à Ne soient compris entre Tic et +0, où rl-o et Il+o correspondent aux rapports de transition qui font basculer la fonction de transfert du convertisseur analogique/numerique (13) non bouclé de No à No+1 et de No-1 à Ne. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les rapports de transition rl-o [k] et rl+o [k] sont répartis régulièrement entre rl-o et Ti+e 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que k prend h valeurs positives réparties arithmétiquement, où h est un entier, ainsi que h valeurs négatives symétriques des h valeurs positives. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que k prend les huit valeurs de l'ensemble {-4 , -3, -2, -1, 1 ,2, 3, 4}. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 et suivantes, caractérisé en ce que la résistance des moyens principalement résistifs sur lesquels la tension correspondant au signal analogique à convertir est injectée et/ou la résistance de la liaison principalement résistive entre la sortie dudit convertisseur numérique/analogique (15) et l'entrée du convertisseur analogique/numérique (13) est (sont) ajustée(s) de façon que la caractéristique de conversion du dispositif soit sensiblement centrée sur la droite de conversion idéale de part et d'autre de Tic et de No. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur analogique/numérique (13) présente plusieurs entrées, la sortie du convertisseur numérique/analogique (15) étant reliée à ces différentes entrées par plusieurs liaisons principalement résistives correspondant à des valeurs de résistances différentes. 9. Dispositif de conversion analogique/numérique (13) pour une unité de contrôle de température dans un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications précédentes, ainsi qu'au moins un diviseur de tension qui comprend une thermistance dont la tension est injectée sur les moyens principalement résistifs en entrée du convertisseur analogique/numérique (13). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour couvrir plusieurs gammes de température, il comporte plusieurs diviseurs de tension du type précités, dont les thermistances sont reliées par des moyens principalement résistifs aux différentes entrées d'un ou plusieurs convertisseur(s) analogique(s)/ numérique(s) (13).