Brevet FR2749456A1 — publié le 19971205

La présente invention concerne un convertisseur analogique- numérique pour convertir des signaux analogiques en données numériques et plus particulièrement un convertisseur analogique-numérique du type RAS(à registre d'approximations successives) pouvant convertir des données à vitesse élevée. Concurremment avec les avancées quantiques des technologies électroniques, un procédé pour traiter des signaux permet la numérisation en particulier dans le domaine de l'électronique ou l'ingénierie des communications. En conséquence, un convertisseur analogique-numérique (A/N) pour convertir des signaux analogiques en données numériques est largement utilisé dans la plupart des dispositifs ou appareils électroniques de communication. La figure 1 représente une configuration d'un convertisseur A/N du type RAS conventionnel. En figure 1, le symbole de référence "CP1" représente un comparateur dont le port ou entrée de non inversion (+) est relié au signal d'entrée analogique IN à partir d'un dispositif externe (non représenté) et dont le port ou entrée d'inversion (-) est relié à une sortie d'un convertisseur numérique-analogique (N/A) 2 à décrire ultérieurement. Le comparateur CP1 produit un signal de niveau haut lorsqu'un niveau du signal appliqué au port de non inversion (+) est supérieur à celui du signal appliqué au port d'inversion (-). De ce fait, le comparateur CP1 continue à produire le signal de niveau haut jusqu'à ce que le niveau du signal appliqué par le convertisseur N/A 2 est supérieur à celui du signal d'entrée analogique IN. En même temps, un signal de sortie du comparateur CP1 est appliqué à un port d'entrée d'une porte ET à deux entrées ET1 et un signal d'horloge CLK1 ayant une fréquence prédéterminée est appliqué à l'autre port d'entrée de la porte ET ET1. Ainsi, la porte ET ET1 produit un signal d'horloge CLK1 lorsqu'un signal d'un niveau haut est produit par le comparateur CP1. Un compteur 1 compte le nombre d'impulsions d'horloge appliquées à un port d'entrée de signaux d'horloge CLK et produit une valeur de comptage en données 8 bits Q0 - Q7. Lorsqu'un signal d'effacement CLR est appliqué, le compteur 1 est réinitialisé à la valeur initiale "0". La sortie de la porte ET ET1 est couplée au port d'entrée du signal d'horloge CLK du compteur 1. Ainsi, le compteur 1 compte le nombre de signaux d'horloge appliqués par la porte ET ET1 et produit de ce fait des données de comptage 8 bits Q0 - Q7. Un convertisseur numérique-analogique 2 convertit les données numériques 8 bits Q0 - Q7 produites par le compteur 1 en un signal de niveau de tension correspondant à une valeur de données de celui-ci. Un circuit de verrouillage 3 verrouille et produit les données 8 bits Q0 - Q7 du compteur 1 lorsqu'un signal de verrouillage LA est appliqué. Un contrôleur 4 contrôle une conversion analogique- numérique. C'est-à-dire, lorsqu'un signal de démarrage de conversion CS est appliqué à partir du dispositif externe, le contrôleur 4 produit un signal CLR au compteur 1 pour effacer le compteur 1, pour initialiser de la sorte la conversion A/N et produit concurremment un signal d'occupation OCC qui indique que la conversion A/N est actuellement en train d'être exécutée. Egalement, lorsqu'un niveau de sortie du comparateur CP1 passe à un niveau bas, le contrôleur 4 produit le signal LA au circuit de verrouillage 3 pour verrouiller les données 8 bits Q0- Q7 produites par le compteur 1 et produire également un signal complet de conversion CC pour indiquer la fin de la conversion A/N. Le fonctionnement du convertisseur A/N du type RAS ayant la structure ci-dessus va être maintenant décrit en référence à la figure 2. Lorsque le signal de démarrage de conversion CS est appliqué par le dispositif externe, le contrôleur 4 produit le signal d'effacement CLR au compteur 1 de sorte que le compteur est réinitialisé. De ce fait, les données de sortie Q0-Q7 du compteur 1 sont établies à "0000 0000" et les données sont appliquées au comparateur CP1 par l'intermédiaire du convertisseur numérique-analogique 2 de sorte qu'un signal de tension de niveau "0" est appliqué au port d'inversion (-) du comparateur CP1. Dans le comparateur CP1, lorsqu'un signal de tension de niveau "0" est appliqué au port d'inversion (-) et un signal d'entrée analogique IN n'ayant pas de niveau "0" est appliqué au port de non inversion (+), un signal de sortie du comparateur CP1 est établi à un niveau haut. Le signal de niveau haut est appliqué à un port de la porte ET ET1 et ainsi le signal d'horloge d'entrée CLK1 est appliqué au compteur 1 par l'intermédiaire de la porte ET ET1 en même temps. Lorsque le signal d'horloge CLK1 est appliqué à un port d'entrée d'horloge CLK du compteur 1 comme ci-dessus, le compteur 1 compte le nombre d'impulsions d'horloge et les données de 8 bits correspondant à la valeur de comptage par l'intermédiaire du port de sortie Q0-Q7. Ici, les données de comptage qui sont produites par le compteur 1 sont appliquées au convertisseur numérique-analogique 2 et converties en un signal de niveau correspondant à la valeur de comptage. Egalement, le signal de niveau est appliqué au port d'inversion (-) du comparateur CP1. Ainsi, un signal de comparaison d'un niveau haut est produit par le comparateur CP1 jusqu'à ce que la valeur de comptage du compteur, c'est- à-dire, une tension de sortie du convertisseur numérique- analogique 2 correspondant à la valeur de comptage, soit égale ou supérieure au signal d'entrée analogique IN. Ensuite, comme la valeur de comptage par le compteur 1 augmente, lorsqu'un signal de tension d'entrée pour le port d'inversion (-) du comparateur CP1 devient égal ou supérieur au niveau du signal d'entrée analogique IN, le signal de sortie du comparateur CP1 devient un signal bas comme représenté en figure 2. De ce fait, le signal d'horloge d'entrée CLK1 qui est appliqué par la porte ET ET1 est bloqué et le comptage du compteur 1 s'arrête. Egalement, lorsque le niveau de sortie du comparateur CP1 devient un niveau bas, le contrôleur 4 produit le signal LA au circuit de verrouillage 3 pour verrouiller les données Q0-Q7 produites par le compteur 1 à ce point et termine également la conversion A/N par rapport à un signal d'entrée en produisant le signal d'achèvement de conversion CC à l'extérieur. En conséquence, le convertisseur conventionnel A/N ayant une structure relativement simplifiée comme ci- dessus peut accomplir une conversion de signaux d'entrée analogiques en signaux numériques. Cependant, dans le convertisseur conventionnel A/N puisque le comptage doit continuer par le compteur 1 jusqu'à ce qu'une valeur de comptage correspondant au niveau du signal d'entrée analogique IN soit obtenue, il exige beaucoup de temps pour convertir le signal d'entrée analogique IN en données numériques. Pour surmonter le problème ci-dessus, c'est un objet de la présente invention de réaliser un convertisseur analogique-numérique qui peut accomplir une conversion analogique-numérique à vitesse élevée. De ce fait, pour l'objet ci-dessus, on prévoit un convertisseur analogique-numérique qui convertit des signaux d'entrée appliqués en données numériques de façon correspondante, le convertisseur analogique-numérique étant caractérisé en ce qu'il comprend: un générateur de valeur initiale pour produire des données numériques s'approchant d'un niveau du signal d'entrée analogique; un compteur pour compter des signaux d'horloge appliqués avec une valeur initiale des données produites par le générateur de valeur initiale, un convertisseur numérique-analogique pour produire un signal de tension correspondant à une valeur de comptage produite par le compteur, et une porte pour comparer un niveau du signal d'entrée analogique à une valeur de référence produite par le convertisseur numérique-analogique et appliquer un signal d'horloge au compteur lorsque le niveau du signal d'entrée analogique est supérieur à la valeur de référence. Le générateur de valeur initiale comprend également un certain nombre de comparateurs pour comparer le signal d'entrée analogique à une tension de référence prédéterminée différente pour chacun d'eux, un encodeur pour coder un signal de comparaison produit par le comparateur et un convertisseur de données pour convertir des données produites par l'encodeur en données de valeur initiale du compteur. Selon la présente invention ayant la structure ci- dessus, des données numériques s'approchant d'un signal d'entrée sont produites par le générateur de valeur initiale et le compteur compte des impulsions d'horloge en utilisant les données numériques produites par le générateur de valeur initiale comme valeur initiale. De ce fait, le temps global nécessaire pour effectuer une conversion analogique-numérique peut être drastiquement réduit à cause de la réduction du temps de comptage du compteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de circuit représentant une configuration d'un convertisseur A/N conventionnel du type RAS; - la figure 2 est un chronogramme pour expliquer le fonctionnement du convertisseur A/N représenté en figure 1; - la figure 3 est un schéma de circuit représentant une configuration du convertisseur A/N du type RAS selon un mode de réalisation de la présente invention qui peut convertir des données à vitesse élevée; - la figure 4 est un schéma de circuit représentant une configuration détaillée du générateur de valeur initiale représenté en figure 3; et - la figure 5 est un chronogramme pour expliquer le fonctionnement du convertisseur A/N représenté en figure 4. En figure 3, les éléments représentés en figure 1 ont les mêmes chiffres de référence et une description détaillée de ceux-ci sera omise. En se référant à la figure 3, le chiffre de référence 31 représente un générateur de valeur initiale pour produire des données numériques s'approchant d'un niveau d'un signal d'entrée analogique IN lorsqu'un signal de validation de sortie OE est appliqué par un contrôleur 33 décrit ultérieurement. Les données numériques de sortie du générateur de valeur initiale 31 sont couplées à un port d'entrée de DONNEES d'un compteur et se chargent dans le compteur 32 en une valeur initiale de comptage de celui-ci par un signal de charge CHARGE. Egalement, le chiffre de référence 33 représente un contrôleur pour la conversion analogique-numérique. Comme décrit en se référant à la figure 1, lorsqu'un signal de démarrage de conversion CS est appliqué par le dispositif externe, le contrôleur 33 produit un signal de validation de sortie OE au générateur de valeur initiale 31 et le signal de charge CHARGE au compteur 32 de sorte que les données à 8 bits produites par le générateur de valeur initiale 31 sont chargées comme la valeur initiale de comptage du compteur 32. La figure 4 détaille une configuration du générateur de valeur initiale 31. Le générateur de valeur initiale 31 comprend 16 comparateurs CP41-CP416 pour comparer un signal d'entrée analogique IN à chaque niveau de référence prédéterminé différent de chacun d'eux et produire un signal de comparaison d'un niveau haut lorsque le signal d'entrée analogique IN est supérieur au niveau de référence, un encodeur 16:4 41 pour coder et produire la sortie reçue des comparateurs CP41- CP416 en données de 4 bits et une table ROM 42 pour produire des données à 8 bits correspondant à une adresse des données de sortie de l'encodeur 41. C'est-à-dire, des signaux d'entrée analogiques sont appliqués à chaque port de non inversion (+) des comparateurs respectifs CP41-CP416. Un certain nombre de résistances R1- R16 sont reliées en série entre une tension de référence prédéterminée VREF et la masse et chaque port d'inversion (-) des comparateurs respectifs CP41-CP416 est relié aux noeuds de connexion respectifs des résistances Rl-R16. Ici, les résistances Rl-R16 sont réglées en tant que même valeur initiale. Ainsi, la tension de référence devient plus élevée avec une différence de niveau d'une valeur uniforme comme elle passe du comparateur CP416 au comparateur CP41. Les données à 16 bits produites par les comparateurs CP41-CP416 sont encodées et produites en données de 4 bits par l'encodeur 16:4 41. La table ROM 42 utilise des entrées de 4 bits A0-A3 en tant qu'adresse et produit des données de 8 bits DO-D7 pour une valeur initiale de comptage du compteur 32. Le tableau 1 suivant représente un exemple de configuration de données de la table ROM. Tableau 1. Sortie encodeur 41 Données produites Hex Q3 Q2 Q1 QO D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 DO O O O O O O O O O O O O OOH 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 10H O O 1 0 O O 1 0 0 0 0 0 20H O O 1 1 O O 1 1 0 0 0 0 30H O 1 0 0 O 1 0 0 0 0 0 0 40H O 1 0 1 O 1 0 1 O O O O 50H O 1 1 0 O 1 1 0 0 0 0 0 60H 0 1 1 1 O 1 1 1 0 0 0 0 70H 1 0 0 0 1 O O O O O O O 80H 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 AOH 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 BOH 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 COH 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 DOH 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 EOH 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 FOH Ensuite, le fonctionnement du convertisseur ci-dessus ayant la structure ci-dessus sera décrit en référence à la figure 5. Lorsque le signal de démarrage de conversion CS est appliqué par le dispositif externe, c'est-à-dire, le signal de démarrage de conversion CS devient un état "actif bas", le contrôleur 33 produit le signal d'effacement CLR au compteur 32 pour effacer le compteur 32. Le contrôleur 33 produit le signal de validation de sortie OE au générateur de valeur initiale 31 et produit également le signal de charge CHARGE au compteur 32. A cet instant, comme représenté en figure 4, le générateur de valeur initiale 31 produit les données de 8 bits DO-D7 approchant du niveau du signal d'entrée analogique IN et les données de sortie DO-D7 sont chargées dans le compteur 32 comme valeur initiale de comptage. Ensuite, les données de sortie Q0-Q7 correspondant à la valeur de comptage du compteur 32 sont appliquées au comparateur CP1 par l'intermédiaire du convertisseur N/A 2. Ici, la valeur de données de la table ROM 42 est établie de sorte que le niveau de signal appliqué au comparateur CP1 par le convertisseur N/A 2 n'est pas supérieur au signal d'entrée analogique IN. En même temps, lorsque la sortie du comparateur CP1 devient un niveau haut, le signal d'horloge CLK1 est appliqué au compteur 32 par l'intermédiaire de la porte ET ET1 et le compteur 32 accomplit un comptage avec la valeur initiale chargée pour produire la valeur de comptage par l'intermédiaire du convertisseur N/A 2. Comme le fonctionnement ci-dessus continue de sorte que la valeur de tension produite par le convertisseur N/A 2 devient supérieure au niveau du signal d'entrée analogique IN, la sortie du comparateur CP1 devient un niveau bas, comme représenté en figure 5. Ici, le contrôleur 33 produit le signal de verrouillage LA au circuit de verrouillage 3 pour verrouiller les données numériques (Q0-Q7) produites par le comparateur 32 qui correspondent au niveau du signal d'entrée analogique IN et produit concurremment le signal d'achèvement de conversion CC au dispositif externe pour terminer de la sorte la conversion analogique-numérique. Dans le mode de réalisation préféré, puisque l'action de comptage du compteur 32 démarre non pas d'un niveau "0" mais d'une valeur initiale s'approchant du niveau du signal d'entrée analogique IN, la vitesse de conversion analogique- numérique est considérablement améliorée. De ce fait, on doit comprendre que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier ici décrit comme le meilleur mode de mise en oeuvre de la présente invention, mais plutôt que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation spécifique décrit dans cette description excepté qu'elle est définie dans les revendications annexées. Par exemple, dans le mode de réalisation ci-dessus, le nombre de comparateurs dans le générateur de valeur initiale 31, ici de 16 (CP41-CP416), pour calculer une valeur de données s'approchant du signal d'entrée analogique IN n'est pas particulièrement limité et ainsi peut être arbitrairement établi selon le système qui utilise la présente invention. Egalement, dans le mode de réalisation ci-dessus, après que la sortie des comparateurs CP41-P416 est encodée par l'encodeur 41 dans le générateur de valeur initiale 31, les données d'encodage sont utilisées comme données d'adresse de la table ROM 42. Cependant, la sortie des comparateurs peut être utilisée comme données d'adresse de la table ROM 42 en établissant de façon appropriée le nombre de comparateurs. Comme décrit ci-dessus, le convertisseur A/N selon la présente invention peut réaliser une conversion analogique- numérique à vitesse élevée. 1l REVENDICATIONS 1. Convertisseur analogique-numérique qui convertit des signaux d'entrée appliqués en données numériques correspondantes, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de production de valeur initiale (31) pour produire des données numériques s'approchant d'un niveau dudit signal d'entrée analogique; un moyen de comptage (32) pour compter un signal d'horloge appliqué avec une valeur initiale des données produites par ledit moyen de production de valeur initiale (31); un moyen de conversion numérique-analogique (2) pour produire un signal de tension correspondant à une valeur de comptage produite par ledit moyen de comptage (32); et un moyen formant porte pour comparer un niveau dudit signal d'entrée analogique à une valeur de référence produite par le moyen de conversion numérique- analogique (2) et appliquer un signal d'horloge audit moyen de comptage (32) lorsque le niveau dudit signal d'entrée analogique est supérieur à ladite valeur de référence. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de production de valeur initiale (31) précité comprend: au moins deux moyens de comparaison (CP41-CP416) pour comparer le signal d'entrée analogique précité à une tension de référence prédéterminée différente de chacun d'eux; un moyen de conversion de données (41) pour convertir un signal de comparaison produit par ledit moyen de comparaison en données de valeur initiale du moyen de comptage. 3. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de conversion de données précité comprend une table ROM (42). 4. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de production de valeur initiale (31) précité comprend: un certain nombre de moyens de comparaison (CP41-CP416) pour comparer le signal d'entrée analogique précité & une tension de référence prédéterminée différente de chacun d'eux; un moyen encodeur (41) pour encoder un signal de comparaison produit par ledit moyen de comparaison; et un moyen de conversion de données (42) pour convertir des données produites par ledit moyen d'encodage en données de valeur initiale du moyen de comptage. 5. Convertisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de conversion de données précité comprend une table ROM (42).