Brevet FR2840743A1 — publié le 20031212

ce qu'il est mis en oeuvre par des circuits analogiques. Domaine de ['invention La presente invention concerne un dispositif de filtre en multiplex. L'invention concerne un procede correspondent. s Etat de la technique Dans les circuits integres un objectif important est de mi- nimiser le nombre de broches de circuit integre et l'encombrement de la puce. C'est ainsi qu'il est avantageux d7utiliser un bloc de circuit pour plusieurs signaux et de les fournir a ce bloc successivement selon un pro 0 cede de multiplexage dans le temps. En outre, les donnees doivent etre fournies a l'exterieur en mode serie notamment par une ligne. Les filtres MISO (entrees multiples sortie unique) vent des blocs de circuit effectuant une telle operation. A ['aide de circuits on appli- que un premier signal pendant une premiere fenetre de temps de longueur is T a ['entree d'un filtre et en meme temps on saisit le signal de sortie. Pen- dant la fenetre de temps suivante (intervalle compris entre T et 2T) on ap- plique un second signal et on saisit de nouveau son signal de sortie, etc. ... Apres le traitement de tous les signaux on recommence le cycle au debut. Souvent seule la partie continue du signal filtre est interessante. o La figure 3 montre la courbe des signaux de sortie 12, 13 d'un filtre MISO habitue!. Une installation de filtre reOcoit pendant la duree de filtre T un premier signal d'entree 7 et pendant la duree decalee de T. un second signal d'entree 8. On obtient ainsi les signaux de sortie de filtre 12, 13. Le premier signal d'entree 7 a une partie continue (tension) U1 et le second signal d'entree a une partie continue (tension) U2. La valeur fi- nale du signal de sortie 12, 13 depend de la duree de filtrage T par signal car par exemple un element RC doit etre decharge pendant une duree fi- nie. Si l'on choisit la duree T trop petite, le filtre est le cas echeant non en- core arrive a la composante continue U1, U2 du signal d'entree 7, 8, o respectif, ce qui se traduit par une mauvaise exploitation de ce niveau. Si l'on choisit une valeur T trop grande, on allonge inutilement la duree de ['ensemble du cycle et on limite la vitesse d'exploitation ou la largeur de bande du systeme ce qui reduit par consequent la dynamique du systeme. Jusqu'a present il etait senlement possible d'eviter cet in ss convenient en utilisant un filtre pour chaque signal. Cela signifie que cha- que filtre presente une grandeur d'entree qui lui est attribuee de maniere fixe et qu'il filtre en continu. Dans ce cas, la valeur continue 12, 13 du si- gnal d'entree est constante apres une periode d'amortissement, c'est-a dire que l'erreur est inferieure a la limite de resolution du circuit qui pour suit le traitement. Un tel moyen se traduit toutefois par ['occupation d'une trop grande surface ou par plusieurs composants externes et par conse quent couteux pour la peripherie de la puce. s Pour separer la partie continue d'un signal de ses harmoni ques, il faut en principe un filtre qui, dans les conditions ideales, elimine toutes les frequences superieures a 0 Hz. De fagon generale, des filtres avec des constantes de temps importantes ne vent necessaires que pour ['integration car il faut pour cela des resistances et des capacites impor io tames. Au contraire, l'utilisation de composants externes, en particulier a partir des fls de liaison, des pates de soudure, entrane une augmentation de cout et des effete parasites supplementaires, surtout des perturbations electromagnetiques ou de couplage. La technique SC (a capacite commutee) constitue une alter native a l'utilisation de grandes resistances integrees; mais cette solution presente un inconvenient de principe car du fait de l'amortissement fini de chaque filtre au-dessus de la bande utile, continue, interessante ici, le si gnal filtre presente des ondulations residuelles. Cela correspond a l'erreur maximale, ctest-a-dire a la difference maximale entre la composante conti nue vraie et celle qui a ete determinee. Pour garantir une precision suffisante a ce dispositif, on utilise habituellement des filtres a plusieurs etages avec chaque fois des frequences limites aussi faibles que possible. Cette solution a pour but d'amortir fortement les harmoniques pour que ['amplitude de ['oscillation :5 reste de la composante continue (ondulation residuelle) en dessous de la limite de resolution du circuit de traitement, condition pour obtenir un signal de sortie continu, stable. L'arnortissement doit en principe etre suf fisamment grand pour eliminer de facon suffisante toutes les amplitudes d'ondulations possibles en pratique. On obtient ainsi un compromis entre o la surface de la puce et l'ondulation residuelle ou la resolution du chemin de traitement de signal. But de ['invention La presente invention a pour but de developper un dispositif a filtre en multiplex et un procede de filtre en multiplex donnant un signal s de sortie independent de la duree de filtre choisi T par signal d'entree et dont on compense l'ondulation residuelle pour des signaux d'entree perio diques de frequence de base connue. Expose de ['invention et avantages A cet effet, ['invention concerne un dispositif du type defini ci-dessus, caracterise par: - une entree pour recevoir n signaux, - une installation de multiplexage pour regrouper les n signaux notam- ment en serie dans le temps, - une installation de filtre pour filtrer les n signaux, - une installation de memoire pour enregistrer un signal de sortie de ['installation de filtre a la fin d'une periode de filtrage d'un signal o d'entree et pour fournir le signal de sortie de filtre memorise au debut d'une nouvelle duree de filtrage du meme signal d'entree pour l'enregistrer dans ['installation de filtrage et - une sortie pour emettre un signal filtre regroupe. L'invention concerne egalement un procede du type defini ci-dessus, caracterise par les etapes suivantes: - on fournit une entree pour ['application de n signaux, - on utilise une installation de multiplexage pour regrouper les n signaux se suivant notamment en serie dans le temps, - on utilise une installation de filtre pour filtrer les n signaux, o - on utilise une installation de memoire pour enregistrer un signal de sortie de ['installation de filtre et - on utilise une sortie pour emettre un signal filtre regroupe, selon loquel le signal de sortie de filtre est enregistre dans ['installation de memoire a la fin de la duree de filtrage d'un signal d'entree, et on reinscrit au debut d'une nouvelle duree de filtrage le meme signal d'entree dans ['installation de filtre. L'idee de base de la presente invention consiste a utiliser un etat de filtre, notamment le niveau de tension a la sortie du filtre pour l'enregistrer a la fin de la duree ou de la periode de filtrage T et de fournir so de nouveau cette valeur enregistree a ['instant approprie et de l'utiliser pour la suite du traitement du signal. La presente invention resout le probleme evoque ci-dessus notamment en ce que l'etat de filtre enregistre en memoire est reinscrit dans ['installation de filtre au debut d'une nouvelle periode de filtrage T. ce meme signal d'entree etant pris dans la memoire et le filtre se comporte alors par rapport a chaque signal comme un filtre continu avec une fene- tre de temps mort. De plus, a partir du signal de sortie de filtre entache d'ondulations, on deduit un signal rectangulaire de meme valeur moyenne ce qui permet de reduire la composante continue du signal a la moyenne arithmetique de deux valeurs discretes. Selon un developpement preferential, ['installation de filtre comporte un filtre d'ordre k ou k etages de filtre ayant notamment des re s sistances ohmiques et/ou capacitives. Suivant un autre developpement preferential, ['installation de memoire comporte n unites de memoire, notamment capacitives. Selon un autre developpement preferential, le dispositif comporte une installation d'amplification ou amplificateur pour amplifier io et/ou transmettre le signal de sortie de filtre et ou un contenu de la me moire. Selon un autre developpement preferential, le dispositif est un filtre MISO (entrees multiples sortie unique), notamment un filtre MISO a tension continue. Selon un autre developpement preferential, le dispositif fait partie d'une installation d'exploitation de signal de capteur recevant en particulier les niveaux de tension de capteurs. Dessins La presente invention sera decrite ci-apres de maniere plus o detaillee a ['aide d'exemples de realisation representes schematiquement dans les dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 montre un schema par blocs d'un dispositif a filtre en multi plex pour decrire un mode de realisation de ['invention, - la figure 2 est un schema d'un signal de sortie d'un filtre-tension conti s nue, quasi continu pour la description du fonctionnement d'un mode de realisation de ['invention, - la figure 3 est un schema d'un signal de sortie d'un filtre MISO habi tuel, - la figure 4 montre des chronogrammes servant a decrTre le principe de so la compensation d'ondulations residuelles selon un mode de realisation de la presente invention. Description de modes de realisation Dans les figures on utilisera les memes references pour de signer les memes elements ou des elements de meme fonction. ss La figure 1 represente le schema par blocs d'un dispositif a filtre de multiplexage servant a decrire un mode de realisation de la pre sente invention. La figure 1 montre un dispositif de multiplexage 2 ayant n entrees ou recevant n signaux d'entree 7, 8. L'installation de multiplexage 2 qui est notamment un multiplexeur n/ 1 (n entrees vers une sortie) re- groupe les petite n signaux d'entree 7, 8 successifs dans le temps; n est un nombre entier superieur a 0. Ces signaux donnent un signal de sortie de multiplexage 11. Ce signal 11 est applique a une installation de filtre 3 en particulier un filtre d'ordre k ou a k niveaux de filtrage. Une installa- tion d'amplification 4 recoit le signal de sortie 9 du filtre. Wile est reliee a une memoire 5 en particulier un dispositif capacitif a n cellules de me lO moire. L'installation d'amplification 4 applique un signal de sortie 10 du dispositif a une sortie 6; ['installation d'amplification 4 est reliee notam- ment par k signaux a ['installation de filtre 3. La realisation des differents blocs est independante du principe presente ci-dessus du dispositif et/ou du procede. Comme filtre 3 le plus simple, on envisage une combinaison RC et comme memoire 5 un reseau de capacites avec n champs. Le signal de sortie du filtre 9 est four- ni a la fin de la duree de filtrage T a la memoire 5 et au debut du cycle suivant en particulier le meme signal d'entree est de nouveau inscrit dans le filtre 3. o La figure 2 montre le schema d'un signal de sortie d'un fil tre MISO continu, quasi continu pour la description du fonctionnement d'un mode de realisation de la presente invention. Comme le montre la figure 2, un signal de sortie 9 d'un fil- tre 3 est fourni a la fin de la periode de filtrage T a une memoire 5 et au :5 debut du cycle suivant en particulier le meme signal d'entree 7, 8 est ins- crit de nouveau dans le fltre 3. En pratique, par exemple dans le cas d'un simple filtre RC, avec deux signaux d'entree 7, 8 on assure la pre- charge de la capacite du filtre a travers une resistance R aussi petite que possible dans l'intervalle de temps A, pour que le dispositif puisse avancer directe o ment apres 2T + de la valeur qu'il avait deja atteinte apres la duree T. De meme, on enregistre l'etat a ['instant 3T et on reecrit a ['instant 4T + etc... Pour les signaux d'entree 7, 8 on applique chaque fois ['operation correspondante avec seulement le decalage d'une duree de filtre T. En principe, le nombre des signaux n'est pas limite. La du ree de filtrage resultante T par signal 7, 8 resulte ainsi de la duree de fonctionnement divisee du nombre de signaux 7, 8; en principe cette du- ree n'est soumise a aucune limitation. Pour ['application pratique, cette duree sera toujours suffisamment grande. A ['oppose de ce procede on a un filtre MISO habitue! (filtre multiple avec une senle sortie) ayant la meme constante de temps et la meme duree fixe de filtre T. qui doit tonjours se stabiliser sur la nouvelle composante continue des signaux d'entree alternes 7, 8 et ainsi le cas s echeant on ntatteindra jamais la valeur finale (dans le cadre de la resolu- tion du chemin de signal) comme represente a la figure 3. Le signal de sortie 12, 13 explicite la courbe de tension UOU de la sortie du filtre pour un transfert de charge constant de ['element RC du filtre 3 pendant qu'en alternance pour chaque duree de filtrage T on applique un premier signal to d'entree 7 et un second signal d'entree 8. La figure 4 montre des images de signaux pour decrire le principe de la compensation de l'ondulation residuelle selon un mode de realisation de la presente invention. La figure 4 montre un signal de sortie avec une ondulation is residuelle symetrique par rapport a la composante continue (droite hori- zontale). D'autres composantes d'harmonique d'ordre superieur vent tout d'abord negligees. Si l'on choisit une duree de filtrage T trop grande pour qutavec un nombre impair de demies longueurs d'ondes de base d'un si- gnal de controle Ts et qu'elles correspondent ainsi egalement a un eventuel o signal de mesure, alors la valeur finale a ['instant t = to + T sera dephasee de 180 par rapport a la valeur initiale a ['instant t = to, comme le montre la valeur entouree d'un cercle dans la partie a de la figure 4. La valeur entouree d'un cercle est enregistree en memoire. Au debut du cycle sui- vant, on reinscrit cette valeur et en meme temps on decale le point de de s part de la fenetre de filtrage d'une demie longueur d'onde par rapport au signal de controle comme le montre la partie b de la figure 4. La courbe du signal de sortie est de somme variable. Si maintenant le signal de sortie de filtre 9 est enregistre a la fin de cette fenetre de temps, on obtient un etat de memoire alternant autour de la partie continue comme le montre la o partie c de la figure 4 d'une maniere plus detaillee; cette partie represente les valeurs enregistrees dans la memoire 5 (valeurs entourees d'un cercle) en fonction du temps t. Un generateur de valeur moyenne arithmetique qui forme la valeur moyenne de ces deux signaux discrete quasi statiques (sous forme numerique ou analogique suivant le principe de memorisation ss utilise) fournit alors la veritable composante continue du signal de me- sure. La phase absolue du point de mesure ne joue aucun role; seule importe la phase relative (180 ) explicitee par les cercles dans les . 1 2840743 parties a, b de la figure 4. En consequence, les dephasages constants lies au circuit electronique de traitement seront sans effet. Si l'ondulation residuelle contient en plus d'autres harmo niques non negligeables, le defaut de la sortie de filtre sera au moins de s maniere decisive plus petite que s'il s'agissait d'une meme constante de temps d'un filtre continu. L'exploitation du signal et/ou plusieurs capteurs peut se faire par exemple par le procede a filtres en multiplexe ou avec un dispo sitif a filtres multiplexe. Habituellement, dans une telle application, on o utilise un signal de controle Ts de frequence connue pour un ou plusieurs elements de capteur. La reponse du capteur / des capteurs precisement a ce signal de controle Ts peut alors s'utiliser comme grandeur de la valeur de mesure. En particulier, la composante continue de cette reponse du capteur a un signal de controle Ts est en general interessante. Le dispositif ou le procede de filtre multiplexes presentes ci dessus permettent de filtrer plusieurs signaux de capteur en serie sans avoir a realiser une certaine fenetre de temps pour chaque signal de cap teur. Bien que la presente invention soit decrite ci-dessus essen tiellement a ['aide d'un exemple de realisation preferential, elle n'est pas limitee a cet exemple mais peut etre modifiee de multiples manieres. Bien que dans l'exemple ci-dessus on utilise une installa tion d'amplification 4, le fonctionnement de principe du dispositif ou du procede peuvent s'envisager sans installation d'amplification. Meme si l'on 2s utilise ['installation d'amplification ou amplificateur 4, il n'est pas indis pensable d'avoir k liaisons entre ['installation d'amplification 4 et ['installation de filtre 3. L'installation de memoire 5 telle que decrite comporte un dispositif de capacite pour recevoir des valeurs a enregistrer. Les signaux n, 7, 8, 9, 1O, 11 du dispositif de filtre vent essentiellement des signaux correspondent a un niveau de tension. Selon ['invention, ['installation de multiplexage 2 regroupe les n signaux d'entree 7, 8 precisement en un signal de sortie 11. A la sortie 6, le filtre genere une grandeur essentiellement uniforme 1O, no 3s tamment une tension continue. Selon le procede de filtre en multiplexe, a partir du signal de sortie de filtre entache d'harmoniques, on deduit un signal rectangu laire de meme valeur moyenne et en particulier la composante continue du signal de sortie est obtenue comme moyenne arithmetique de deux va- leurs discretes. Selon une autre caracteristique du procede, on compense les harmoniques en particulier du premier ordre du signal de sortie de fil tre 9. Suivant une autre caracteristique, on travaille et/ou on traite essentiellement dans le niveau de tension des signaux n, 7, 8, 9, , 11. Enfin, selon ['invention, on determine la reponse d'un cap o teur, notamment de plusieurs capteurs, a un signal de controle periodique (Ts) de frequence connue comme valeur d'une grandeur de mesure avec le procede. w R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Dispositif de filtre en multiplex, caracterise par: - une entree (1) pour recevoir n signaux (7, 8) (n>[0]), s - une installation de multiplexage (2) pour regrouper les n signaux (7, 8) notamment en serie dans le temps, - une installation de filtre (3) pour filtrer les n signaux (7, 8), - une installation de memoire (5) pour enregistrer un signal de sortie (9) de ['installation de filtre (3) a la fin d'une periode de filtrage (T) d'un si o anal d'entree (7) et pour fournir le signal de sortie de filtre memorise (9) au debut d'une nouvelle duree de filtrage (T) du meme signal d'entree (7) pour l'enregistrer dans ['installation de filtrage (3) et - une sortie (6) pour emettre un signal filtre regroupe (10). 2 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication 1, caracterise en ce que ['installation de filtre (3) comporte un filtre d'ordre k (k), ou ayant k etages de filtre. o 3 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication 1, caracterise en ce que ['installation de filtre (3) comporte notamment des elements ohmiques et/ou capacitifs. :5 4 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication 1, caracterise en ce que ['installation de memoire (5) comporte n unites de memoire. ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication 1, caracterise en ce que ['installation de memoire (5) comporte un dispositif de capacite pour rece- voir les valeurs a enregistrer. 6 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication 1, caracterise en ce que le dispositif comporte une installation d'amplification (4) pour amplifier et/ou transmettre le signal de sortie de filtre (9) et/ou un contenu de ['installation de memoire (5). = _. 2840743 7 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication l, caracterise en ce que les signaux (n, 7, 8, 9, lO, l l) du dispositif ont essentiellement un niveau de tension. 8 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication l, caracterise en ce que le dispositif est un filtre MISO (entrees multiples sortie unique), notam ment un filtre MISO a tension continue. 9 ) Dispositif de filtre en multiplex selon la revendication l, caracterise en ce que le dispositif fait partie d'une installation de traitement de signaux de cap teur. ) Procede de filtre en multiplex, caracterise par les etapes suivantes: - on fournit une entree (l) pour ['application de n signaux (7, 8) (n>[0]), - on utilise une installation de multiplexage (2) pour regrouper les n si gnaux se suivant notamment en serie dans le temps, - on utilise une installation de filtre (3) pour filtrer les n signaux, - on utilise une installation de memoire (5) pour enregistrer un signal de sortie (9) de ['installation de filtre (3) et on utilise une sortie (6) pour emettre un signal filtre regroupe (lO), :5 selon loquel le signal de sortie de filtre (9) est enregistre dans ['installation de memoire (5) a la fin de la duree de filtrage (T) d'un signal d'entree (7), et on reinscrit au debut d'une nouvelle duree de filtrage (T) le meme signal d'entree (7) dans ['installation de filtre (3). l 1 ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication lO, caracterise en ce que le signal de sortie de filtre (9) est amplifie et/ou transmis notamment avant l'enregistrement dans ['installation de memoire (5) et/ou ['emission par la sortie (6) dans une installation d'amplification (4). 12 ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication lO, caracterise en ce que ['installation de multiplexage (2) regroupe les n signaux d'entree (7, 8) pre- cisement en un signal de sortie (11). 13 ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication 12, caracterise en ce qu' a la sortie (6) on genere une grandeur essentiellement uniforme (10), no tamment une tension continue. 14 ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication 13, o caracterise en ce qu' a partir du signal de sortie de filtre (9) entache d'harmoniques, on deduit un signal rectangulaire de meme valeur moyenne et en particulier la com- posante continue du signal de sortie (9) est obtenue comme moyenne arithmetique de deux valeurs discretes. ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication 13, caracterise en ce qu' on compense les harmoniques en particulier du premier ordre du signal de sortie de filtre (9). 16 ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication 10, caracterise en ce qu' on travaille et/ou on traite essentiellement dans le niveau de tension des signaux (n, 7, 8, 9, 10, 11). 17 ) Procede de filtre en multiplex selon la revendication 1O, caracterise en ce qu' on determine la reponse d'un capteur, notamment de plusieurs capteurs, a un signal de controle periodique (Ts) de frequence connue comme valeur