Brevet FR2757711A1 — publié le 19980626

DISPOSITIF DE DÉCALAGE DE NIVEAU La présente invention concerne un dispositif de décalage de niveau destiné à être utilisé avec un circuit nécessitant une tension de référence qui est également exploitée comme référence par le dispositif de décalage de niveau. La figure 1 représente une structure classique de dispositif de décalage de niveau destinée à être utilisée, par exemple, avec un convertisseur numérique-analogique à réseau résistif 10. Un convertisseur à réseau résistif nécessite une tension de référence Vref de valeur prédéterminée précise, par exemple 2 volts. Cette tension de référence est fournie à basse impédance, par exemple, comme cela est représenté, par une source de tension "band-gap" 12 suivie d'un amplificateur opérationnel 14 dont le gain est réglé par deux résistances 16, 17 afin d'obtenir la valeur désirée de la tension de référence Vref. Un convertisseur numérique-analogique est habituellement alimenté sous une tension relativement basse, par exemple 5 volts, d'où il résulte que sa tension de sortie Vi est généralement amplifiée et décalée afin de l'adapter à un circuit alimenté sous une tension plus élevée, par exemple 12 volts. Un dispositif de décalage de niveau nécessite une tension de référence précise pour déterminer la quantité selon laquelle sa tension d'entrée (Vi) doit être décalée par rapport à une tension de mode commun Vcm généralement imprécise. Le dispositif de décalage de niveau de la figure 1 consiste essentiellement en un amplificateur différentiel 20 à base d'un amplificateur opérationnel 22. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 22 est reliée à sa sortie Vo par une résistance 24 et reçoit une tension de référence qVref par une résistance 25. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel 22 reçoit une tension de mode commun Vcm par une résistance 27 et la tension Vi à décaler par une résistance 28. En choisissant une valeur normalisée 1 pour les résistances 25 et 28, et une valeur normalisée k pour les résistances 24 et 27, le gain de l'amplificateur différentiel 20 est réglé à k. Avec cette configuration, la tension de sortie Vo du dispositif de décalage de niveau s'exprime par Vo = Vcm + k(Vi-qVref). L'amplificateur différentiel 20 de la figure 1 présente des entrées de relativement basse impédance, d'où il résulte que ses tensions d'entrée, qVref et Vi, doivent être fournies par des sources de basse impédance. La tension d'entrée Vi de l'amplificateur différentiel 20 est fournie à partir de la tension de sortie du convertisseur à réseau résistif 10 par un amplificateur opérationnel à gain unitaire 30. Dans la plupart des cas, la tension de référence Vref requise par le convertisseur à réseau résistif 10 n'est pas adaptée au dispositif de décalage de niveau et doit être, soit atténuée, soit amplifiée. Dans la figure 1, la tension de référence Vref est atténuée par un pont de deux résistances 32, 33, relié à la masse. Les valeurs des résistances 32 et 33 sont choisies de manière que le point milieu de ce pont fournisse la tension de référence qVref adaptée au dispositif de décalage de niveau, où q est le rapport entre la tension de référence du dispositif de décalage et la tension de référence Vref. Les valeurs normalisées des résistances 32 et 33 sont respectivement 1-q et q. Le point milieu du pont de résistances étant d'impédance relativement élevée, son signal est amplifié en courant par un amplificateur opérationnel à gain unitaire 35 qui fournit la tension de référence finale au dispositif de décalage. Un inconvénient du dispositif de décalage de la figure 1 est qu'une part de précision est perdue dans sa tension de référence qVref du fait de la tension d'offset inhérente à l'amplificateur opérationnel 35. Un objet de la présente invention est de prévoir un dispositif de décalage de niveau pour l'application susmentionnée, qui soit de structure particulièrement simple et évite l'inconvénient susmentionné. Cet objet est atteint par un dispositif de décalage de niveau couplé à un circuit utilisant une tension de référence de valeur prédéterminée précise, comprenant un amplificateur différentiel dont une première entrée est couplée à la tension de référence et dont une deuxième entrée reçoit une tension intermédiaire ; une source de basse impédance fournissant la tension de référence ; et un premier amplificateur opérationnel fournissant la tension intermédiaire à partir d'une tension d'entrée. La sortie de la source de basse impédance est directement connectée à la première entrée de l'amplificateur différentiel et le gain du premier amplificateur opérationnel est réglé pour obtenir un rapport souhaité entre la tension de référence et la tension intermédiaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit circuit utilisant la tension de référence est un convertisseur numérique-analogique à réseau résistif. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la tension de référence est fournie à partir d'une source "bandgap" par un amplificateur opérationnel à gain adéquat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'amplificateur différentiel comprend un amplificateur opérationnel et un réseau de résistances pour régler le gain de l'amplificateur différentiel à la valeur souhaitée. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente un dispositif de décalage de niveau classique associé à un convertisseur numérique-analogique à réseau résistif ; et la figure 2 représente un mode de réalisation de dispositif de décalage selon l'invention. Un aspect de la présente invention est de directement utiliser la tension de référence précise Vref, requise par un circuit tel qu'un convertisseur numérique-analogique à réseau résistif 10, en tant que référence pour le dispositif de décalage. La tension de référence Vref étant fournie par une source de basse impédance (amplificateur opérationnel 14), l'amplificateur de courant 35 de la figure 1 n'est plus nécessaire. Afin de maintenir les mêmes caractéristiques de décalage de niveau que dans la figure 1, le rapport entre la tension de référence du dispositif de décalage et la tension d'entrée de ce dispositif de décalage doit être maintenu constant. Dans la figure 1, la tension de référence Vref était multipliée par un facteur q afin de fournir la tension de référence du dispositif de décalage, tandis que la tension d'entrée Vi était inchangée. Par contre, selon la présente invention, la tension de référence Vref est utilisée inchangée, tandis que la tension d'entrée Vi est divisée par le facteur q. Alors, pourvu que le gain de l'amplificateur différentiel 20 soit multiplié par q, les caractéristiques du dispositif de décalage selon l'invention sont identiques à celles de la figure 1. Ces mêmes caractéristiques sont donc obtenues selon l'invention avec un amplificateur opérationnel de moins et avec une meilleure précision du décalage de niveau du fait de la connexion plus directe entre une source de référence de précision (source "band-gap" 12) et l'entrée de référence du dispositif de décalage. Le mode de réalisation de la figure 2 est basé sur l'exemple de la figure 1, d'où il résulte que des mêmes éléments sont désignés par des mêmes références. Selon l'invention, la sortie de référence Vref de l'amplificateur opérationnel 14 est directement fournie à une borne de la résistance 25 constituant l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel 20 (ou l'entrée de référence du dispositif de décalage). Puisque la référence du dispositif de décalage est divisée par le facteur q par rapport à la figure 1, la tension d'entrée Vi du dispositif de décalage est également divisée par le facteur q selon l'invention, afin de maintenir le même rapport. Le facteur q étant plus petit que 1 dans l'exemple de la figure 1, la division par le facteur q de la tension Vi consiste en une amplification. Cette amplification est obtenue par l'amplificateur opérationnel 30 qui, au lieu d'être connecté pour avoir un gain unitaire, est connecté à deux résistances 37 et 38 pour fournir le gain nécessaire 1/q. La résistance 37, de valeur normalisée 1-q, est reliée entre la sortie et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 30. La résistance 38, de valeur normalisée q, est reliée entre l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 30 et la masse. Avec cette configuration, la tension de sortie Vo du dispositif de décalage s'exprime par Vo = Vcm + G(Vi/q-Vref), où G est le gain de l'amplificateur différentiel 20. Pour obtenir exactement les mêmes caractéristiques que le dispositif de décalage de niveau de la figure 1, G est choisi égal à kq. Ce gain est obtenu en remplissant les résistances 24 et 27 de valeur normalisée k dans la figure 1 par des résistances de valeur normalisée kq, comme cela est illustré en figure 2. Le mode de réalisation de la figure 2 est adapté au cas où la référence requise en figure 1 par le dispositif de décalage était inférieure à la référence Vref requise par le convertisseur à réseau résistif 10. Si, au lieu de cela, la référence requise par le dispositif de décalage dans la figure 1 était supérieure à la référence requise par le convertisseur à réseau résistif, l'amplificateur opérationnel 30 dans la figure 2 aurait été connecté pour avoir un gain unitaire et aurait été précédé par un pont de résistances de facteur de division adéquat. En tout cas, le dispositif de décalage selon la présente invention fournit les mêmes caractéristiques que le dispositif de décalage de la figure 1, avec notablement moins de composants (l'amplificateur opérationnel 35 de la figure 1) et une meilleure précision du fait de l'absence de l'offset qui était introduit dans la tension de référence par l'amplificateur opérationnel 35. Alors que le dispositif de décalage selon la présente invention a été décrit comme étant couplé à un convertisseur numérique-analogique à réseau résistif, l'homme du métier remarquera qu'on peut l'appliquer à toute situation où une même tension de référence doit être utilisée par le dispositif de décalage et un autre circuit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de décalage de niveau couplé à un circuit (10) utilisant une tension de référence (Vref) de valeur prédéterminée précise, comprenant - un amplificateur différentiel (20) dont une première entrée est couplée à la tension de référence et dont une deuxième entrée reçoit une tension intermédiaire (Vi/q) - une source de basse impédance (12, 14) fournissant la tension de référence ; et - un premier amplificateur opérationnel (30) fournissant la tension intermédiaire à partir d'une tension d'entrée (Vi) caractérisé en ce que la sortie de la source de basse impédance (14) est directement connectée à la première entrée (25) de l'amplificateur différentiel et en ce que le gain du premier amplificateur opérationnel (30) est réglé pour obtenir un rapport souhaité (q) entre la tension de référence et la tension intermédiaire. 2. Dispositif de décalage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit (10) utilisant la tension de référence (Vref) est un convertisseur numérique-analogique à réseau résistif. 3. Dispositif de décalage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension de référence est fournie à partir d'une source "band-gap" (12) par un amplificateur opérationnel (14) à gain adéquat. 4. Dispositif de décalage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel (20) comprend un amplificateur opérationnel (22) et un réseau de résistances (24, 25, 27, 28) pour régler le gain de l'amplificateur différentiel à la valeur souhaitée.