FR2538576A1 - Circuit et procede d'asservissement analogique-numerique-analogique - Google Patents

Abstract

Etant donné un système 1 dont une sortie 2 fournit des signaux caractéristiques d'une grandeur à asservir, ces signaux sont comparés à divers niveaux de référence d'un circuit de commande à seuil 10 et, en fonction du résultat de la comparaison, les entrées de comptage, de décomptage ou de remise à zéro d'un compteur-décompteur 12 sont actionnées. La sortie du compteur est remise sous forme analogique par un convertisseur numérique-analogique 14 et appliquée à l'entrée de commande 3 du système 1. L'ensemble de la boucle d'asservissement est totalement intégrable. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

CIRCUIT ET PROCEDE D'ASSERVISSEtENT ANALOGIQUE-NUMERIQUE-ANALOGIOUE.

La présente invention concerne le domaine des circuits intégres et, plus particulièrement, des boucles d'asservissement entièrement réalisables sous forme de circuit intégré.

De façon classique, comme le montre la figure 1, quand on veut asservir sur un signal de reférence une caractéristique d'un système électronique 1, on recueille à la sortie 2 de ce système un signal associe à cette caractéristique. Par exemple, le signal extrait peut être caractéristique de l'amplitude, de la phase, ou de la fréquence du signal de sortie et sera fourni par un détecteur de crête, un comparateur de phase, ou un discriminateur de fréquence. Cette grandeur caractéristique est injectée dans une boucle d'asservissement qui agit sur une entrée de commande 3 du système électronique 1.Classiquement, la boucle d'asservissement comprend un amplificateur différentiel 4 comparant le signal de sortie 2 caractéristique de la grandeur qu'on souhaite asservir à un signal de référence Ref et cet amplificateur envoie un signal de correction-à 11entrée de commande 3 du système par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage 5, en général de type passe-bas, pour des considérations de stabilité de boucle et de performances en présence de bruit. Le filtre passe-bas le plus simple comprend une résistance et un condensateur 6 de la façon illustrée.

Dans le cas ou le système électronique 1 à asservir est un système réalisable sous forme de circuit intégré, cette boucle classique d'asservissement présente essentiellement l'inconvénient de comprendre un condensateur 6 qui doit, dans de très nombreux cas, avoir une valeur élevée pour assurer une constante de temps convenable à la boucle d'asservissement et ce de façon encore plus nette si la grandeur caractéristique du signal que l'on veut asservir ou le signal auquel on compare cette grandeur caractéristique apparaissent de façon intermittente. On notera que dans le domaine des circuits intégrés, une capacité de 700 pico farads occupe une surface d'environ lmm2 de silicium avec les technologies classiques, c'est-à-dire la surface occupée par un treks grand nombre de transistors.Ainsi, en circuit intégré, on cherchera à ne prévoir aucun condensateur de capacité supérieure à la centaine de picofarads. A titre d'exemple numérique typique, si un filtre comprend une résistance d'une valeur de l'ordre de 10 kilohms et une capacité d'une valeur de 30 picofarads, sa constante de temps ne pourra pas être supérieure à
T = 2 TJ R C = 2 # x 30.10-12 x 104 # 2-.10-6 , ctest-à-dire que la boucle classique pour être simplement intégrable ne peut présenter une constante de temps supérieure a 2 microsecondes, ce qui n'est généralement pas suffisant.

Ainsi, un objet de la pressente invention est de prévoir un nouveau procedé et un nouveau circuit d'asservissement permettant d'éviter l'utilisation d'un condensateur de valeur élevée, même si les signaux à asservir ou servant de référence apparaissent de façon intermittente
Pour atteindre cet objets la présente invention prévoit un procédé d'asservissement du signal de sortie d'un système électronique muni d'une entree de commande permettant de-modifier l'un au moins des paramètres de ce signal de sortie, consistant à: comparer un signal caractéristique de la grandeur à asservir à un ou plusieurs niveaux de seuil ; selon le résultat de la comparaison, agir sur ltentree de comptage ou de décomptage d'un compteur-décompteur ; et > utiliser la sortie du compteurdécompteur, éventuellement apyres conversion numérique-analogique, pour agir sur le système.

Un circuit selon l'invention d'asservissement d'un système électronique réalisé sous forme de circuit intégré comprend un circuit de commande à seuil recevant les signaux caractéristiques de la grandeur à asservir dans le signal de sortie du système et fournissant des signaux distincts selon que ces signaux caractéristiques se trouvent dans l'une ou l'autre de plusieurs plages de valeurs prédéterminées ; un compteur-décompteur recevant les signaux distincts sur ses entrées de comptage et de de comptage ; et un convertisseur numérique-analogique recevant les signaux du compteur-décompteur et les appliquant sous forme analogique à l'entrée du système.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ce circuit peut comprendre en outre un compteur simple muni d'une entrée d'incrémentation et d'une entrée de remise à zéro recevant certains signaux distincts et fournissant au convertisseur numériqueanalogique ses bits d'entrée de poids le plus élevé.

Dans un autre mode de réalisation, un circuit selon l'invention peut être superpose à une boucle analogique classique, le poids de cette boucle analogique étant bien plus faible que celui de la boucle analogique-numérique-analogique selon l'invention. I1 résulte de cette diffrènce de poids-que l'on peut utiliser dans la boucle analogique classique un condensateur de très faible valeur, ce qui rend la boucle analogique intégrable.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointés parmi lesquelles
- la figure 1, décrite précédemment, illustre tres schématiquement une boucle d'asservissement classique,
- la figure 2 représente très schématiquement et sous forme de blocs- une boucle d'asservissement selon la présente invention,
- la figure 3 représente tres schématiquement et sous forme de blocs une variante de la boucle d'asservissement selon la présente invention.

On retrouve en figure 2, comme en figure 1, un système électronique présentant une sortie 2 et une entrée de commande 3 permettant d'agir sur un parametre au moins de cette sortie. La sortie 2 ntest éventuellement pas vraiment la sortie du dispositif, mais comprend un signal dérive du signal de sortie représentatif de la grandeur que l'on souhaite asservir.Selon l'invention, ce signal de sortie est fourni à un circuit de commande à seuil 10 et, selon que le signal de sortie 2 se trouve dans l'un ou l'autre de plusieurs niveaux prédéterminés dans le circuit de commande à seuil, une sortie est fournie vers uae entrée de comptage (up), de décomptage (down) ou de remise à zéro (RAZ) d'un compteur-décompteur 12. On a également figuré pour le circuit de commande à seuil 10, une entrée de tension de référence
Ref et une entrée d'horloge R pour le cas ou le signal à asservir, ou bien le signal auquel ce signal- à asservir est comparé, apparaît sous forme intermittente.Le compteur-décompteur 12 est connecté à un convertisseur numérique-analogique 14 qui applique un signal analogique à l'entrée de commande 3. On a donc bien une commande de boucle de type analogique-numérique-analogique.

Un avantage de ce dispositif est que, un circuit de commande à seuil, un compteur-decompteur et un convertisseur numérique-analogique sont des éléments que lion saint réaliser sous forme de circuit intégré et, notamment, qui n'incluent pas de condensateur de haute valeur. En outre, un compteur-décompteur maintient son niveau de sortie si aucun signal n1 est appliqué à ses entrées. Il assure donc une fonction de mémorisation et fournit des signaux binaires stables au convertisseur numérique-analogique quand la sortie 2 est stable.

De plus, un avantage de cette boucle analogique numérique-analogique est que la mémorisation du signal de commande appliqué à la borne 3 peut être de très longue durée et sans dérive du fait que l'on n'utilise pas d'éléments-tels qu'un condensateur de forte valeur qui serait sensible aux variations de température ou qui présenterait inévitablement des fuites.

Un autre avantage de l'asservissement numérique selon l'invention résulte de objet même d'un asservissement. Quand on veut asservir un système, cela signifie que 1-1 on cherche à modifier certains de ses composants ou parametres dans un but donné. Avec un asservissement analogique, on agit nécessairement sur le système par le biais d'une tension ou d'un courant de correction. Par contre, avec un asservissement numérique, on peut venir commuter certains des composants ou connexions du système (condensateurs, résistances, sources de courant. .) directement sous l'action des sorties du compteur, sans utiliser un convertisseur numérique-analogique tel que décrit précédemment.

Le circuit représenté schématiquement en figure 2 peut être modifie de diverses manières. Notamment, comme le représente la figure 3, on peut ajouter au compteur-decompteur 12 un compteur 16 muni simplement d'une entrée d'incrementation (up) et d'une entrée de remise à zéro (RAZ). Si l'on suppose que, dans un état initial, le systeme est forcément décalé par. rapport au signal sur lequel on souhaite l'asservir dans un sens déterminé, le compteur permettra de rattraper le décalage de base et le compteur décompteur servira simplement au suivi des variations éventuelles du signal de sortie du système une fois une première stabilisation établie. Dans ce cas, le compteur 16 fournit au convertisseur numérique-analogique 14 ses bits les plus significatifs.

L'avantage de cette variante est qu'un compteur est un circuit plus simple à réaliser et moins coûteux qu'un compteur-décompteur et qu'il est intéressant de réduire la dimension, c'est-à-dire le nombre de bits de sortie, du compteur-decompteur en attribuant les bits de poids le plus fort au compteur simple. Si le compteur décompteur 12 sort de sa plage d'asservissement possible, dans le sens du decomptage, le compteur-decompteur 12 et le compteur 16 seront remis à O pour recentrer le signal numérique d'asservissement appliqué au convertisseur numérique-analogique.

D'autre part, comme le représente également la figure 3, si l'on souhaite effectuer un asservissement très fin, il faudrait multiplier de façon importante le nombre de bits du compteur de compteur 12 et du compteur 16 et augmenter en conséquence la précision du convertisseur numérique-analogique 14. Pour pallier cet inconvénient, on peut prévoir qu'un réglage très fin de la grandeur caractéristique du systeme que l'on souhaite asservir soit assuré par une boucle classique du type de celle représentée en figure 1. Cette boucle comprend un amplificateur différentiel'4 et un filtre 18.On ajoute au signal de la boucle analogiquenumérique-analogique le signal de la boucle analogique dans un sommateur 20 de sorte que le poids de la boucle analogique numérique-analogique selon. l'invention soit très supérieur au poids de la boucle analogique classique. Etant donné que la boucle analogique classique est seulement destinée à un réglage fin et a un poids faible quant à son action sur la borne de commande 3, l'impédance de cette boucle classique peut être très élevée. En ce cas, on pourra obtenir une constante de temps satisfaisante pour cette boucle analogique classique en choisissant une valeur faible pour le condensateur qu'elle inclut habituellement et celui-ci pourra devenir intégrable dans le circuit intégré comprenant les autres éléments du système et de sa boucle d'asservissement.

A titre de variante, au lieu de combiner les signaux des deux boucles ci-dessus dans un sommateur 20, on pourra prévoir de dissocier ces deux boucles pour les faire agir sur des entrées de commande distinctes du système. En ce cas, on pourra eventuelle- ment supprimer le convertisseur numerique-analogique et faire agir directement les sorties du ou des compteurs pour commuter certains composants du systeme et les mettre en ou hors service.

Claims (5)

REVENDICATIONS.

1. Procédé d'asservissement du signal de sortie d'un système électronique réalisé sous forme de circuit intégré, muni d'au moins une entrée de commande permettant de modifier l'un au moins deys paramètres de ce signal de sortie, caractérisé en ce qu'il consiste à

- comparer un signal caractéristique de la grandeur à asservir à un ou plusieurs niveaux de seuil,

- selon le résultat de la comparaison, agir sur l'entree de comptage ou décomptage d'un compteur-decompteur (12), et

- utiliser les sorties du compteur-décompteur pour agir sur le système.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties du compteur-decompteur agissent sur l'entrez de commande du système après conversion numérique-analogique.

3. Circuit d'asservissement du signal de sortie d'un système électronique réalisé sous forme de circuit intégré, muni d'une entrée de commande permettant de modifier l'un au moins des paramètres de ce signal de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend

- un circuit de commande à seuil (10) recevant des signaux caracteristiques (2) de la grandeur à asservir dans le signal de sortie et fournissant des signaux distincts selon que ces signaux caractéristiques se trouvent dans l'une ou l'autre de plusieurs plages de valeurs déterminées ;;

- un compteur-decompteur (12) recevant les signaux distincts sur ses entrées de comptage et de décomptage

- un convertisseur numerique-analogique (14) recevant les signaux du compteur-décompteur (12) et les appliquant sous forme analogique à l'entrez de commande (3) du système.

4. Circuit d'asservissement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un compteur simple (16) muni d'une entrée d'incrémentation et d'une entrée de remise à zéro recevant certains des signaux distincts et fournissant au convertisseur numérique-analogique (14) ses bits d'entrée les plus significatifs.

5. Circuit intégré selon'la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend- en outre une boucle classique analogique fournissant un signal à l'entrée de commande (3) de poids beaucoup plus faible que le signal de la boucle analogique-numériqueanalogique de la revendication 3.