FR2491700A1 - Dispositif de numerisation de signaux analogiques - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF POUR NUMERISER UN SIGNAL ANALOGIQUE DONT LA VALEUR MOYENNE EST CONSTANTE, LEDIT DISPOSITIF COMPORTANT UN MODULATEUR EN DELTA 3 CONCU POUR ECHANTILLONNER LE SIGNAL DURANT DES INTERVALLES DE TEMPS CONSECUTIFS, LA DUREE DE CHAQUE INTERVALLE ETANT EGALE A CELLE DE N IMPULSIONS D'UN GENERATEUR DE SIGNAL D'HORLOGE 11, ET POUR DEBITER M IMPULSIONS PAR INTERVALLE, LA VALEUR DE M ETANT INFERIEURE OU EGALE A N ET FONCTION DE LA DIFFERENCE ENTRE LES VALEURS DU SIGNAL AU DEBUT ET A LA FIN DE L'INTERVALLE. LA SORTIE DU MODULATEUR EN DELTA 3 EST RACCORDEE A UN CIRCUIT DE CORRECTION DU TYPE FILTRE PASSE-HAUT NUMERIQUE, EN VUE DE SUPPRIMER LES SIGNAUX PARASITES QUI, EN CONSEQUENCE D'IMPRECISIONS DANS LE MODULATEUR EN DELTA, SONT AJOUTES AU SIGNAL. APPLICATION: ELECTROCARDIOGRAPHES.

Description

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"Dispositif de numérisation de signaux analogiques.

L'invention concerne un dispositif pour numériser un signal analogique dont la valeur moyenne est constante, ledit dispositif comportant un modulateur en delta conçu pour échantillonner le signal durant des intervalles de temps consécutifs, la durée de chaque intervalle étant égale à celle de n impulsions d'un générateur de signal d'horloge, et pour débiter m impulsions par intervalle, la valeur de m étant inférieure ou égale à n et fonction de la différence

entre les valeurs du signal au début et à la fin de l'inter-

valle.

Un tel dispositif est utilisable par exemple pour numé-

riser un signal d'électrocardiogramme pour son traitement ultérieur. Un signal d'électrocardiogramme est un signal plus ou moins périodique dont la valeur moyenne est égale à zéro ou à un potentiel de contact (constant) qui se produit entre les électrodes et l'épiderme d'un patient. Or, on a constaté qu'en conséquence d'imprécisions dans le modulateur en delta, des signaux parasites sont ajoutés au signal en question, ce qui évidemment est gênant pour le traitement ultérieur de celui-ci. Le but de l'invention est d'éloigner ces signaux

parasites gênants tout en conservant l'information utile.

A cet effet, le dispositif conforme à l'invention est remarquable en ce que la sortie du modulateur en delta est

raccordée à un circuit de correction conçu comme filtre passe-

haut numérique.

L'invention repose sur l'idée que les signaux parasites provoqués par le modulateur en delta ont un caractère continu augmentant ou descendant lentement, de sorte qu'à l'aide d'un filtre passe-haut, il est possible de les isoler d'un signal d'électrocardiogramme qui, exception faite du potentiel de

contact non important ne comporte pratiquement pas de compo-

santes très basse fréquence.

Un mode de réalisation favorable du dispositif conforme

à l'invention est remarquable en ce que le circuit de correc-

tion est conçu pour soustraire du signal qui lui est fourni,

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la valeur moyenne progressive de ce signal.

La description suivante, en regard du dessin annexé, le

tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment

l'invention peut être réalisée.

La figure 1 est un schéma synoptique illustrant.un exem-

ple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.

La figure 2 est un schéma de principe illustrant un exemple de réalisation d'un modulateur en delta à utiliser dans un dispositif selon la figure 1; La figure 3 est le schéma de principe illustrant un exemple de réalisation d'un filtre passe-haut adaptatif à

utiliser dans le dispositif selon la figure 1.

Le dispositif que montre la figure 1 comporte une entrée 1 à travers laquelle un signal d'électrocardiogramme peut

être fourni à un modulateur en delta 3. A travers un trans-

formateur de séparation 4, la sortie de ce modulateur 3 est raccordée à un compteur 5 capable de compter dans les deux sens et raccordé à son tour à un filtre passe-haut adaptatif

7 dont le signal de sortie est fourni à la sortie 9 du dis-

positif. Le modulateur 3 et le compteur 5 sont commandés par

un générateur de signal d'horloge 11. Le signal d'électrocar-

aiogramme numérisé apparaissant à la sortie 9 peut être four-

ni, pour son traitement ultérieur, à une calculatrice 13, par

exemple un microprocesseur.

La figure 2 illustre plus en détail un exemple de réa-

lisation du modulateur en delta 3. Ce modulateur comporte une

première entrée 15 à laquelle est fourni le signal d'électro-

cardiogramme analogique en provenance de l'entrée 1, ainsi qu'une deuxième entrée 17 à laquelle est fournie une tension

de référence. Par l'intermédiaire d'un premier amplifica-

teur 19 dont le coefficient d'amplification est par exemple

égal à 10, la première entrée 15 est raccordée à une premiè-

re entrée 20 d'un comparateur 21. Par l'intermédiaire d'un

deuxième amplificateur 23, la deuxième entrée 17 est rac-

cordée à une armature d'un condensateur 25 dont l'autre ar-

mature est raccordée à la deuxième entrée 26 du comparateur 21.

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La sortie du comparateur 21 est raccordée à l'entrée D d'un élément bistable 27 dont l'entrée-C 29 est raccordée au générateur de signal d'horloge 11 dessiné sur la figure 1. La sortie-Q de l'élément bistable 27 commande un commutateur électronique 31 et est raccordée également à la sortie 33 du modulateur en delta. Le commutateur électronique 31 comporte deux unités de commutation 35, 37, la première de ces deux unités pouvant au choix connecter l'armature du condensateur

, raccordée au comparateur 21, à une source de courant po-

sitif 39 ou à une source de courant négatif 41, tandis que la deuxième unité connecte simultanément l'autre armature du condensateur à une source de courant négatif 43 ou à une

source de courant positif 45.

Le fonctionnement de ce circuit a lieu comme suit. Lors-

que la valeur instantanée du signal d'électrocardiogramme

amplifié sur la première entrée 20 du comparateur 21 est in-

férieure à la tension sur la deuxième entrée 26 du compara-

teur, la sortie du comparateur et, partant, également

l'entrée-D de l'élément bistable 27 sont le siège de la va-

leur logique 1. De ce fait, lors de l'apparition de la pre-

mière impulsion suivante en provenance du générateur de si-

gnal d'horloge 11 sur l'entrée C de l'élément bistable 27,

la sortie-Q de cet élément est églaement le siège de la va-

leur logique 1, ce qui a comme conséquence que le commutateur 31 est amené dans sa situation illustrée sur la figure. De ce fait, durant un court intervalle de temps t déterminé par

le générateur 11, le condensateur 25 est raccordé à la sour-

ce de courant 39 qui fournit audit condensateur 25 un cou-

rant IH, de sorte que ce condensateur reçoit une charge IH t et que la tension sur la deuxième entrée 26 du comparateur 21 devient plus proche de la tension sur la première entrée 20. Simultanément, l'autre armature du condensateur 25 est raccordée à la source de courant négatif 43 qui évacue un paquet de charge I'Ht pour empêcher que le paquet de charge

I t fourni par la source 39, ne perturbe la tension de réfé-

rence.

Lorsque la tension sur la première entrée 20 du compa-

rateur 21 est inférieure à la tension sur la deuxième en-

trée 26, il apparaît sur l'entrée-D de l'élément bistable'27

la valeur logique 0 qui, à l'occasion de l'impulsion suivan-

te du générateur de signal d'horloge 11, amène le commutateur 31 dans son autre situation à travers la sortie Q. de sorte qu'alors durant un intervalle de temps t, le condensateur 25

est raccordé à la source de courant négatif 41 et est dé-

chargé d'une charge IL*t. A titre de compensation, la source de courant 45 fournit de nouveau une charge I'L*t à l'autre

armature du condensateur.

Ce qui précède permet de constater qu'après un certain nombre de périodes du générateur 11, les deux entrées 20 et 26 du comparateur 21 portent la même tension. Ensuite, chaque augmentation du signal d'électrocardiogramme signifie qu'un certain nombre de valeurs logiques 1 est fourni à la sortie 33, tandis que chaque diminution dudit signal signifie qu'un certain nombre de valeurs logiques 0 est fourni à la sortie

33. Sur la base de la série de valeurs logiques 1 et 0 appa-

raissant à la sortie, on peut donc reconstruire à tout

instant la valeur du signal d'électrocardiogramme.

Toutefois, la pratique a permis de constater que le raisonnement tenu cidessus n'est exact qu'approximativement, parce que d'une part les deux sources de courant 39 et 41 ne sont pas exactement égales et d'autre part que l'entrée 26 du comparateur 21 présente une résistance d'entrée finie, de sorte qu'à travers celle-ci un petit courant de fuite IB disparaît du condensateur 25. Ceci a comme conséquence que, dans le cas o le condensateur 25 a été chargé durant un certain nombre de périodes du générateur 11 et est ensuite déchargé durant le même nombre de périodes, la tension de la deuxième entrée 26 du comparateur 21 n'a pas repris sa valeur d'origine. Inversement donc, un signal sur la première entrée , signal qui depuis une valeur déterminée augmente d'abord avant de descendre ensuite vers sa valeur d'origine, produira

à la sortie 33 des nombres inégaux de valeurs logiques 0 et 1.

Dans le signal numérisé, cela se manifeste comme une tension qui augmente ou qui descend de façon continue et qui est

superposé sur le signal.

Ce qui précède est expliqué ci-après en référence à un oelcil.Q naidmet d'abord que le courant de fuite vers le com- parateur comme indiqué cidessus est égal à IB, et que les sources de courant 39 et 41 ne sont pas identiques, de sorte que H = I +iI (1)

IL = I - I (2)

Lorsque le commutateur 31 est dans sa situation illus-

trée sur la figure, le courant vers le condensateur 25 res-

pecte l'expression: Iu = IH - IN =I + I - i=I-A I (3) Dans l'expression précédente:

IB - {I = à I (4)

Lorsque le commutateur 31 est dans la situation non il-

lustrée sur la figure, le courant du condensateur 25 respec-

te l'expression Id = IL + I = I - + iB = I + I (5) Les expressions (3) et (5) ci-dessus permettent de se rendre compte que le processus de charge et de décharge peut

être décrit comme ayant lieu à l'aide des sources de cou-

rant non identiques Iu et Id, ces sources fournissant un courant qui est inférieur ou supérieur d'une quantité. I au

courant I fourni par une source idéale.

Or, lorsque chaque fois durant un nombre invariable (n)

de périodes de signal d'horloge, un compteur compte le nom-

bre de périodes n o le courant I est enclenché ainsi que u u le nombre de périodes nd o le courant Id est enclenché (la référence n indiquant le nombre de valeurs logiques 1 et u nd indiquant le nombre de valeurs logiques O sur la sortie 33, avec n = nu + nd), il en découle entre les armatures du condensateur 25 l'accroissement de tension LV égal à V = nu Iu - nd Id = (nu - nd) I + (nu + nd). hI (6) Etant donné que la somme nu + nd = n est constante, on obtient: V = (nu nd) I + c (7) expression dans laquelle C = n.I.(8) Si maintenant, durant un intervalle de temps déterminé dont la durée est égale à n périodes d'horloge, le signal sur la première entrée 20 du comparateur 21 augmente d'un montant S, l'accroissement de tension d V entre les armatures du condensateur 25 est égal à4 S, de sorte que l'on obtient: bS = (nu - nd) I + C (9) Il en découle: (n -n)C(0 (10) (u d I(1 Lorsque la valeur moyenne du signal apparaissant à l'entrée 15 est constante, il faut que la valeur moyenne

de à S sur une période plus longue soit égale à 0. De l'ex-

pression (10) toutefois, il découle que la valeur nu - nd augmente ou diminue de façon continue à mesure que progresse le temps. Cela signifie que le train d'impulsions apparaissant

à la sortie 23 représente un signal qui est formé par le si-

gnal sur l'entrée 15 et par un signal croissant ou décrois-

sant de façon continue. Par conséquent, la valeur moyenne à la sortie du compteur 5 (figure 1) augmente toujours. Le filtre passe-haut 7 sert maintenant à ramener cette valeur moyenne à un montant constant, de sorte qu'il apparaît à la sortie 9 un signal numérique qui est une reproduction fidèle

du signal analogique présenté sur l'entrée 1.

La figure 3 illustre un exemple de réalisation du filtre passe-haut 7. Ce filtre 7 comporte une entrée 47 à laquelle

est fourni le signal S(t) en provenance du compteur progres-

sif-régressif 5. Ladite entrée 47 est raccordée à une entrée positive d'un premier additionneur 49 dont la sortie est raccordée d'une part à la sortie 9 du filtre 7 et d'autre

part à un atténuateur 51 à facteur de multiplicationcLCZ 1.

La sortie de l'atténuateur est raccordée à une première en-

trée positive d'un deuxième additionneur 53 dont la sortie est raccordée à un élément retardateur 55 donnant lieu à un retard L T. La sortie de cet élément retardateur 55 est

raccordée d'une part à une entrée négative du premier addi-

tionneur 49 et d'autre part à une deuxième entrée positive

du deuxième additionneur 53.

Le fonctionnement de ce filtre a lieu comme suit. A un instant T +àT, un signal numérique S(T +à T) apparaît sur l'entrée 47. Dans le premier additionneur, ledit signal S(T + AT) est diminué d'un signal S(T) qui s'identifie à la moyenne progressive du signal variable S(t) à l'instant T.

Dans l'atténuateur 51, le signal S(T +6 T) - S(T) est multi-

plié par le facteur de multiplication d, et le signal

o(JS(T +b T) - S(T)} qui en résulte est augmenté d'une quan-

tité S(T) dans le deuxième additionneur 53. Le signal obtenu de la sorte, donc le signal S(T) + otiS(T + T) - S(T)J est retardé d'un temps a T dans l'élément retardateur 55. Le signal qui à l'instant T + AT quitte l'élément retardateur est donc le signal qui, à l'instant T, a pénétré dans l'élément retardateur 55 et ce signal est égal à: S (T - T) + y S(T) - (T- T)J = = ( - i) S(T -AT) + S(T) = S(T)

En effet, la moyenne progressive à l'instant T est l'an-

cienne moyenne progressive à l'instant T -eT), combinée avec la valeur instantanée du signal S(t) à l'instant T, les deux

composantes devant être multipliées par un facteur de pondé-

ration, et la somme de ces facteurs de pondération étant

égale à 1.

Or, la valeur moyenne progressive d'un signal à valeur moyenne égale à zéro est pratiquement égale à zéro, tandis

que la valeur moyenne progressive d'un signal augmentant li-

néairement dans le temps est égale à la valeur instantanée dudit signal diminuée d'un montant constant. Lorsque donc le signal S(t) à l'entrée 47 est formé par un signal variable

à valeur moyenne zéro combiné avec un signal augmentant li-

néairement dans le temps, le signal S(t) - S(t - eT) à la

sortie 9 est égal au signal variable à valeur moyenne cons-

tante. Dans l'exemple envisagé, le filtre passe-haut est formé par la combinaison de deux additionneurs, d'un atténuateur

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et d'un élément retardateur. Il est évident que les opéra-

tions arithmétiques à effectuer sur le signal à l'aide de ce filtre peuvent être réalisées également par une calculatrice

programmée de façon adéquate, par exemple le microproces-

seur 13. 9 a491700

Claims (2)

REVENDICATIONS

1.- Dispositif pour numériser un signal analogique dont la valeur moyenne est constante, ledit dispositif comportant

un modulateur en delta (3) conçu pour échantillonner le si-

gnal durant des intervalles de temps consécutifs, la durée de chaque intervalle étant égale à celle de n impulsions

d'un générateur de signal d'horloge, et pour débiter m im-

pulsions par intervalle, la valeur de m étant inférieure ou égale à n et fonction de la différence entre les valeurs du signal au début et à la fin de l'intervalle, caractérisé en ce que la sortie du modulateur en delta (3) est raccordée à un circuit de correction (7) conçu comme filtre passe-haut numérique.

2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le circuit de correction (7) est conçu pour sous-

traire du signal qui lui est fourni la valeur moyenne progres-

sive de ce signal.