FR2691860A1 - Convertisseur analogique-numérique à haute fréquence de fonctionnement. - Google Patents

Abstract

Le convertisseur comprend une pluralité de cellules (Ci ; Ci j ) de commutation électrique disposées entre une borne alimentée par la tension (V) à numériser et une autre borne connectée à une tension prédéterminée, chaque cellule comprenant un premier canal (1) présentant un état supraconducteur et un état résistant, des moyens de réfrigération pour maintenir ledit canal dans son état supraconducteur en dessous d'une intensité de courant (jc i ) critique prédéterminée, les intensités critiques des diverses cellules correspondant respectivement à des seuils de tension échelonnés avec un pas constant (Vo ) dans une échelle de mesure de la tension à numériser, chaque cellule comprenant en outre un deuxième canal (2) en un matériau conducteur connecté en parallèle sur le premier canal, des moyens (3) étant prévus pour détecter le passage d'un courant dans les deuxièmes canaux et pour en déduire une expression numérique de ladite tension.

Description

La présente invention est relative à un convertisseur analogique-numérique de tension électrique et, plus particulièrement, à un tel convertisseur à haute fréquence de fonctionnement et de grande précision.

On décrit dans la demande de brevet européen n" 91403211.5 déposée le 27 novembre 1991 par la demanderesse, une cellule de commutation électrique comprenant un premier canal en un matériau présentant un état supraconducteur et un état résistant, des moyens de réfrigération pour maintenir ledit premier canal à une température inférieure à celle qui assure la supraconductivité du matériau en dessous d'une intensité de courant critique dans le canal, des moyens d'alimentation électrique dudit canal et des moyens pour régler l'intensité du courant électrique circulant dans le canal de manière à établir sélectivement le canal dans son état supraconducteur ou dans son état résistant. La cellule comprend en outre un deuxième canal en un matériau conducteur de l'électricité, connecté en parallèle sur le premier canal de manière que la tension aux bornes du deuxième canal soit sensiblement nulle lorsque le premier canal est dans son état supraconducteur et non nulle lorsque le premier canal est dans son état résistant. Des moyens de détection de cette tension permettent de détecter les transitions du premier canal entre son état supraconducteur et son état résistant. Comme on l'indique encore dans la demande de brevet précitée, une telle cellule peut trouver diverses applications, notamment pour constituer des réseaux de neurones formel ou un convertisseur analogique-numérique.

De récentes études ont fait apparaître que le temps de commutation d'un état à l'autre de cette cellule est extrêmement bref, inférieur à 100 picosecondes, environ.

Ce temps est du même ordre que celui des cellules de commutation connues basées sur l'effet Josephson suivant lequel un courant électrique peut franchir une mince barrière isolante séparant deux métaux supraconducteurs.

A titre d'exemple d'une telle cellule, on peut citer la jonction Nb-Al,O,-Nb, Cependant les technologies actuelles de réalisation de telles cellules -sont limitées à l'utilisation de matériaux présentant un état supraconducteur à des températures très basses, inférieures à 20"K, typiquement 4"K, qui ne peuvent être atteintes à des coûts acceptables permettant d'envisager des applications industrielles de telles cellules.

La cellule de commutation décrite dans la demande de brevet européen précitée ne présente pas cet inconvénient puisqu'elle fonctionne à la température "industrielle" de 77"K, soit celle de l'azote liquide, température à laquelle un matériau céramique tel que YBaCuO par exemple, constituant le premier canal de la cellule, est supraconducteur en dessous d'une intensité de courant critique prédéterminée.

En outre, du fait de son temps de commutation très court, on peut envisager de réaliser avec de telles cellules un convertisseur analogique-numérique de très grande rapidité et de grande précision.

La présente invention a précisément pour but de fournir des structures de tels convertisseurs, basées sur des cellules du type décrit à la demande de brevet précitée et présentant des performances exceptionnelles en matière de rapidité et de précision.

On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un convertisseur analogique-numérique de tension électrique, comprenant au moins une pluralité de cellules de commutation électrique disposées entre une borne alimentée par la tension à numériser et une autre borne connectée à une tension prédéterminée, chaque cellule comprenant un premier canal présentant un état supraconducteur et un état résistant, les moyens de réfrigération pour maintenir ledit canal dans son état conducteur en dessous d'une intensité de courant critique prédéterminée, les intensités critiques des diverses cellules correspondant respectivement à des seuils de tension échelonnés avec un pas constant sur une échelle de mesure de la tension à numériser, chaque cellule comprenant en outre un deuxième canal en un matériau conducteur connecté en parallèle sur le premier canal, des moyens étant prévus pour détecter le passage d'un courant dans les deuxièmes canaux et pour en déduire une expression numérique de ladite tension.

Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, les cellules de la pluralité sont disposées en série.

Suivant une variante de ce mode de réalisation, le convertisseur comprend plusieurs (N) pluralités identiques et ordonnées de (k) cellules, connectées en parallèle entre une borne commune d'entrée alimentée par la tension à numériser et une borne de sortie spécifique à chaque pluralité de (k) cellules en série, cette borne étant connectée à une source de tension prédéterminée de valeur n.k. V0, V0 étant le pas de l'échelle de tension correspondant aux intensités critiques des cellules d'une pluralité et n le numéro d'ordre de la pluralité considérée.

Suivant un deuxième mode de réalisation de 1' invention le convertisseur comprend plusieurs cellules disposées chacune dans l'une de plusieurs (N) lignes parallèles et ordonnées, connectées entre une borne d'entrée commune alimentée par la tension à numériser et une borne de sortie commune mise à la masse, des moyens de réaction connectant une borne de chaque cellule aux bornes opposées des cellules d'ordre inférieur, une transition dans un sens de l'état du premier canal de ladite cellule commandant des transitions dans l'autre sens des états des premiers canaux des cellules d'ordre inférieur de manière que la suite ordonnée des états des cellules soit l'image de l'expression binaire, définie sur N bits, de la valeur de la tension à numériser.

Ce mode de réalisation présente l'avantage, sur le précédent, de fournir directement l'expression binaire de la tension convertie, sans traitement supplémentaire des signaux-fournis par les cellules.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation du convertisseur suivant la présente invention,
- la figure 2 est un graphe courant-tension utile à l'explication du fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1,
- la figure 3 est un schéma d'une variante du mode de réalisation de la figure 1,
- la figure 4 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation du convertisseur suivant l'invention, propre à fournir directement une expression binaire de la tension à numériser,
- la figure 5 est un graphe courant-tension utile à la compréhension du fonctionnement du mode de réalisation de la figure 4,
- les figures 6 et 7 représentent des variantes du mode de réalisation de la figure 4, permettant d'atteindre une précision supérieure, et
- la figure 8 représente une variante du mode de réalisation de la figure 7, permettant une numérisation en base 3 de la tension à numériser.

On se réfère à la figure 1 des dessins annexés où le mode de réalisation représenté du convertisseur suivant l'invention comprend une pluralité de k cellules de commutation C1, ... Ci1, Cj Ci+1, ... Ck, connectées en série. Chaque cellule est conforme à celle décrite dans la demande de brevet européen précitée, demande à laquelle on se reportera pour plus de détail concernant la structure, les matériaux constitutifs et le fonctionnement d'une telle cellule. En bref chaque cellule comprend un premier canal 1 maintenu par des moyens de réfrigération (non représentés) à une température où le matériau constituant ledit canal reste supraconducteur aussi longtemps que l'intensité du courant passant dans ce canal reste inférieure à une intensité de courant ici dite "critique".

Si le courant fourni I vient à dépasser cette valeur, le premier canal cesse d'être supraconducteur pour présenter alors une résistance et le courant excédentaire (I-jCi) passe dans un deuxième canal 2, conducteur et présentant une résistance Ri (i = 1 à k), connecté en parallèle sur le premier canal. Des moyens de détection 3, décrits dans la demande de brevet européen précitée, sont sensibles à cette différence de potentiel et permettent ainsi de répérer une transition de l'état de la cellule C entre un état dit "non excité" dans lequel le premier canal est supraconducteur et un état dit "excité", où ce premier canal est résistant.

Toutes les cellules sont connectées en série et la résistance globale de la ligne qui les connecte est représentée par la résistance r. La ligne est connectée d'un côté à la tension V à numériser et, de l'autre côté, à la masse.

Si l'on désigne par Ev, la somme des cellules qui ont transité dans l'état non supraconducteur, on peut écrire:
V = I(r + SvR1) - C,J,,,R, le courant ii dans le canal conducteur 2 de la cellule C étant:
ii = O, si la cellule Ci est dans l'état non excité
(supraconducteur),
ii = I - ici, si Ci est dans l'état excité.

Suivant l'invention, on dimensionne les sections des canaux supraconducteurs 1 des diverses cellules pour échelonner les valeurs des intensités critiques ici de ces cellules de manière à faire transiter sélectivement cellesci en fonction de l'amplitude de la tension V à numériser.

On- se réfère au graphe de la figure 2 pour expliquer un mode d'échelonnement, donné seulement à titre d'exemple, dans le cas d'une numérisation sur huit niveaux, impliquant l'utilisation de 7 cellules en série (k = 7).

Sur ce graphe on a représenté le courant I dans la ligne et les divers courants i1 à i7 qui apparaissent dans les canaux conducteurs 2 des sept cellules C1 à C7, quand celles-ci transitent dans leur état excité.

On choisit de mesurer la tension V sur une échelle de mesure d'une amplitude 8Vo, où VO est le pas constant de l'échelle. Dans cette hypothèse on peut choisir avantageusement, comme représenté sur la figure 2, une progression logarithmique des intensités critiques ici, de manière à couvrir largement les excursions prévisibles de la tension à mesurer. Les résistances Ri des canaux conducteurs des cellules peuvent alors présenter des valeurs voisines, en légère décroissance cependant avec l'ordre i de la cellule.

Si on applique à la ligne une tension quelconque aV0 comprise entre V0 et 8Vo, le repérage de l'état des diverses cellules permet de localiser rigoureusement la tension entre (partie entière de a).V0 et (partie entière de a+l).V0. En effet toutes les cellules d'ordre inférieur à la partie entière de ffi passent dans l'état non supraconducteur alors que toutes les cellules d'ordre supérieur à la partie entière de a restent dans l'état supraconducteur. On a ainsi numérisé la tension V appliquée sur huit niveaux, ce qui correspond en binaire à une précision de trois bits. Comme on l'a indiqué plus haut, le convertisseur suivant l'invention se met en équilibre en moins de 100 picosecondes, ce qui permet de numériser des tensions avec une fréquence d'échantillonnage de 10
GHz.

Pour accroître la précision, on peut multiplier le nombre de cellules mises en série, mais les intensités qui parcourent les dernières cellules de la ligne, après transition, deviennent alors très faibles et sont donc moins facilement détectables. Pour pallier cet inconvénient, l'invention propose une variante du convertisseur de la figure 1, variante représentée à la figure 3 où des références identiques à des références utilisées sur la figure 1 concernent des éléments ou organes identiques ou similaires. Cette variante comprend "N" pluralités identiques et ordonnées de "k" cellules connectées chacune d'un côté à la tension V à numériser et, de l'autre côté, à une tension nkVO fonction de l'ordre n de la pluralité et de la tension kVo. La caractéristique tension/courant de chaque ligne se trouve alors décalée verticalement de kVo par rapport à celle représentée sur la figure 2. La définition "binaire" de la numérisation correspond alors à un nombre de bits b tel que:
N.k = 2b soit b=3,32.log(Nk). La grande simplicité de construction du convertisseur suivant l'invention, par des techniques microlithographiques par exemple, permet de multiplier le nombre des cellules du convertisseur pour un coût modéré.

En utilisant des moyens de détection 3, par exemple à induction, conçus pour détecter aussi le sens du courant dans la cellule, on peut encore améliorer la précision de la mesure. En effet toute tension pourra alors être répérée par les transitions des cellules d'une ligne dans un sens et par son complément (nkVO - V) dans la ligne suivante.

On peut également numériser la tension avec deux fois moins de cellules en mesurant les sens des intensités dans les cellules ayant transité et en connectant les lignes aux multiples pairs de kVo, seulement. En effet, entre mkVO et (m+2)kVo, toute tension V comprise entre ces deux limites s'écarte de moins de kVo de celles-ci.

Les tensions multiples de kVo peuvent être définies par des raccordements à des sources externes de tension adéquates. Elles peuvent également être établies grâce aux tensions d'avalanche de diodes de Zener Di, D'i, montées en stabilisateur de tension aux deux bouts de chaque ligne.

Les diverses tensions à établir pourront être obtenues en disposant en série des diodes de même tension d'avalanche kVo, en nombre égal à l'ordre n de la ligne ainsi équipée.

En disposant ainsi des diodes en sens opposés aux deux extrémités de chaque ligne on pourra lire l'intensité du courant dans les deux sens. On notera à cet égard que l'ensemble du réseau de cellules constituant le convertisseur devant être porté à une température bien définie, par exemple la température d'ébullition de l'azote liquide qui est de 77"K à la pression atmosphérique, on assure une très bonne stabilité des tensions d'avalanche des diodes, tensions qui seraient autrement sensibles à la température.

Les modes de réalisation du convertisseur suivant l'invention décrits ci-dessus présentent les avantages d'une grande simplicité de construction et d'une très faible dissipation d'énergie. Ils exigent cependant un traitement informatique pour transformer la numérisation obtenue en un nombre binaire, par exemple.

Le deuxième mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 4 permet de pallier cet inconvénient. A cette figure on a représenté, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, un convertisseur très simple permettant de donner une expression binaire, avec une précision de deux bits, de la tension à numériser.

Le convertisseur comprend deux cellules C1 et C2, en nombre égal donc à celui des bits de l'expression binaire de la tension numérisée à obtenir. Chaque cellule C1, C2, est connectée en série avec une résistance r1, r2 respectivement, entre la tension analogique V et la masse.

Un amplificateur différentiel 10 est relié, du côté de ses entrées, d'une part à la tension V et d'autre part à une borne L du deuxième canal conducteur de la cellule C2, de manière à etre sensible à la chute de tension établie dans ce canal par la résistance R2 de celui-ci. La sortie de l'amplificateur différentiel 10 est raccordée par une ligne 14 à la sortie A de la cellule C1, sur la ligne 11 de sortie de cette cellule, entre la cellule et la résistance r1 avec laquelle elle est montée en série sur cette ligne 11. L'amplificateur différentiel 10 renvoie dans la ligne 11, en amont de la résistance r1, un courant J, calibré par l'intensité critique d'un amincissement 13 de la ligne 14, réalisée en un matériau supraconducteur. Une diode 15 est disposée sur- la ligne 14 pour empêcher que du courant puisse passer de la ligne 11 dans l'autre ligne, ceci pour une raison qui apparaîtra plus clairement dans la suite en liaison avec ltexamen du mode de réalisation de la figure 6. On notera que toutes les lignes représentées à la figure 4 sont réalisées avec un matériau céramique supraconducteur, les sections de ces lignes étant dimensionnées pour supporter les courants d'intensité maximale circulant dans ces lignes, sauf dans les premiers canaux des cellules C1, C2 dont les sections sont calibrées pour définir des intensités critiques icî et iC2 respectivement, et dans l'amincissement 13 de la ligne 14 où le courant est calibré à la valeur intensité critique
J.

Comme on va le voir dans la suite, les cellules C1,
C2, passent alternativement de l'état excité (résistif) à l'état non excité (supraconducteur), de telle sorte que les états de cellules détectés par les moyens de détection 3 soient des images des états logiques binaires 1 (cellules excitées) ou O (cellules non excitées), des 2 bits de l'expression binaire de la tension à numériser.

En effet, dès que la deuxième cellule transite, l'amplificateur différentiel 10 amplifie la surtension qui apparaît alors sur son entrée L et délivre cette tension w amplifiée en amont de l'amincissement 13 de la ligne supraconductrice 14. Dans cet amincissement 13, un courant d'intensité critique J circule alors sous une chute de tension égale à (w-Va), Va étant la tension au point A. En notant I1 le courant dans la ligne 11, la tension en A est
Va = V-R1(Il-jcl) si la cellule C1 est excitée et Va = V si cette cellule n'est pas excitée. Il passe dans la résistance r1 un courant I1 + J sous une chute de tension
Va
Si on note V2 la tension qui fait transiter la cellule
C2 et qu'on calibre l'amincissement 13 de la ligne supraconductrice 14 de manière que
J = V2/r1 la conservation des intensites de courant au noeud A de la ligne 11 permet d'écrire que
V2/rl+Il = Va/rî
Pour que cette relation soit vérifiée, il faut que I1 = O et Va = V2. Cette situation provoque le retour de la cellule C1 dans son état supraconducteur.

Si alors la tension à numériser V s'accroît, la relation écrite ci-dessus devient
V2/r1+I1 = V/R1 puisque Va = V. Le courant I1 s'écrit donc
Iî = (V-V2)/rl quand l'intensité I1 atteint l'intensité critique iclt la cellule C1 transite de nouveau dans son état excité.

On se réfère maintenant au graphe de la figure 5 pour expliquer la relation qui lie les séquences d'états binaires des cellules, détectées par les moyens de détection 3 respectifs de ces cellules, à l'expression numérique binaire de la tension V qui établit ces séquences d'états binaires. On a représenté sur la figure 5 les relations courant/tension dans les deux cellules, suivant qu'elles sont dans leur état non excité ou dans leur état excité.

Ainsi, si la tension V à numériser est inférieure à la tension VO qui fait transiter la première cellule, aucune des deux cellules ne transite et les images des signaux fournies par les moyens de détection 3 des deux cellules sont notées en binaire 00, comme représenté sur l'axe des tensions dans le graphe de la figure 5, les bits de droite et de gauche correspondant aux états des cellules
C1 et C2, respectivement. On notera qu'alors, les pentes des relations tension/courant dans les cellules C1 et C2 sont égales respectivement aux résistances r1 et r2.

Si la tension V à numériser est comprise entre VO et 2Vo, (la résistance r2 et l'intensité critique ic2 étant liées par la relation r2.jcz=2VO), seule la cellule C1 est excitée et l'image binaire des signaux reçus des moyens de détection s 'écrit 01, les bits de droite et de gauche correspondant aux états des cellules C1 et C2, respectivement. Si V est compris entre 2Vo et 3Vo, la cellule C2 transite à son tour-et l'amplificateur 10 envoie en aval de la cellule .C1 et en amont de la résistance rl, un courant J=2VO/rl et la cellule C1 repasse à l'état non excité. L'image des signaux envoyés par les moyens de détection 3 s'écrit alors 10, le chiffre 1 de gauche signifiant que la cellule C2 est excitée alors que le chiffre O de droite signifie que la cellule C1 n'est plus excitée. Enfin, dès que la tension V à numériser dépasse 3Vo l'image des signaux envoyée par les moyens de détection s'écrit 11.

Il apparaît ainsi que les moyens de détection des cellules du convertisseur de la figure 4 permettent de numériser directement en binaire la tension V, ceci grâce à des moyens de réaction d'une cellule sur l'autre constitués par l'amplificateur différentiel 10, la ligne supraconductrice 14 et l'amincissement 13 de cette ligne.

On a représenté à la figure 6 une extension du convertisseur de la figure 4 permettant d'étendre à plus de 2 bits l'écriture binaire de la tension V, en acroissant ainsi la précision de la conversion analogique-numérique.

On peut étendre la conversion à N bits en disposant, comme représenté N lignes en parallèle (N=5 sur la figure 5) comprenant chacune une cellule C1 à C5 respectivement. Les cellules C2 à C5 sont équipées de moyens de réaction (lOi, 14i) conformes à ceux du mode de réalisation de la figure 4, agissant sur toutes les lignes d'ordre inférieur pour faire transiter les cellules placées sur ces lignes quand la cellule associée aux moyens de réaction particuliers transite. Des amincissements calibrés de lignes supraconductrices permettent à ces moyens de réaction d'injecter dans les lignes d'ordre inférieur des courants
J1 à Jlo adéquats. Des diodes D1 à Dlo empêchent des retours de courant vers les lignes 142 à 145. Ainsi le convertisseur de la figure 6 permet-il de définir la tension V avec une précision de 5 bits. Bien entendu on pourraaccroître cette précision en tant que de besoin en multipliant le nombre de cellules utilisées.

On notera que les amplificateurs différentiels nécessaires peuvent être réalisés classiquement en circuits intégrés. Le gain des amplificateurs différentiels doit être suffisant pour que la tension amplifiée w soit supérieure à V pour débiter le courant Ji, quand la tension en L correspond au seuil de détection des moyens de détection courant 3 des cellules. Pour éviter d'accroître la puissance dissipée dans les amincissements 13 où circulent les courants d'intensité critique Ji, on doit cependant limiter ce gain.

On a représenté à la figure 7 une variante du convertisseur de la figure 6. Sur ces deux figures, des références identiques repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues. Le convertisseur de la figure 7 se distingue essentiellement de celui de la figure 6 en ce que les moyens de réaction de chaque ligne sur les lignes d'ordre inférieur agissent par soustraction (et non par injection) de courant Ji, opérée en amont (et non en aval) des cellules, ces courants s'écoulant vers la masse par exemple, à travers des inverseurs de tension sous la commande d'autres inverseurs de tension, 101 à 105 de gain -1 placés du côté aval des cellules C2 à C5 et jouant le rôle des amplificateurs différentiels du mode de réalisation de la Fig. 6. Des diodes D1 à Dlo empêchent des remontées de courant vers les entrées des cellules. Dans les modes de réalisation des Fig. 6 et 7, on remarquera encore que toutes les lignes représentées sont supraconductrices à la température à laquelle on porte le circuit du convertisseur, à l'exception des premiers canaux des cellules quand le courant qui les traverse est supérieur au courant critique et aux amincissements définissant les courants J1 à J10.

En variante du mode de réalisation de la figure 7, on pourrait encore retrancher les courants Ji de l'entrée des cellules en raccordant les conducteurs de sortie 14i des amplificateurs lOi à une tension nulle ou négative, le raccordement étant commandé par la différence de tension (V-V,), suivant les notations utilisées sur la figure 4. De même, pour le mode de réalisation de la figure 6, l'injection des courants Ji pourrait s'opérer sous la commande d'une tension positive externe prédéterminée.

En combinant les principes décrits en liaison avec les figures 1 à 3 d'une part 4 à 7 d'autre part, on construit le convertisseur de la figure 8 qui permet de convertir une tension analogique en une valeur numérique dans une base quelconque choisie. En disposant en parallèle, suivant le schéma de la figure 7 N lignes de k cellules, on peut convertir en effet une tension analogique en une valeur numérique définie sur N bits, dans la base (k + 1), la tension maximum numérisable VmaX étant alors
Vmax = Vo.(k + 1).eN
On a représenté un tel convertisseur à la figure 8, en prenant pour exemple n = 3 et k = 2, de manière à numériser une tension en base (k+l)=3. Les trois lignes comprennent respectivement les cellules C11 et C C et comprennent 12' 21
C22, C31 et C32, ainsi que les inverseurs de tension lOiJ associés à chaque cellule. On retrouve ici les moyens de réaction définissant des courants J1 à J6 extraits sélectivement des entrées des cellules, les diodes Di et les résistances ri et Ri du mode de réalisation de la figure 7.

Ainsi, quand la tension à numériser croît à partir de
O, la cellule C11 transite la première ce qui correspond à un "1" en numérotation de base 3 ou "ternaire". Quand la cellule C12 transite ensuite, on atteint le nombre 2. Quand la cellule C21 transite, les moyens de réaction ramènent les cellules C11 et C12 dans leur état non excité et la transition de C21 correspond alors au nombre 10. On passe ensuite aux nombres ternaires 11, 12, 22, etc .... ce qui permet de définir la tension V sur 33 = 27 niveaux.

Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les objectifs annoncés, à savoir la réalisation d'un convertisseur analogique-numérique bénéficiant de la très grande rapidité de commutation des cellules supraconductrices utilisées, inférieur à 100 picosecondes et permettant d'atteindre, par un choix approprié du nombre de cellules utilisées, toute précision désirée.

On remarquera en outre que les moyens de réfrigération nécessaires au fonctionnement du convertisseur suivant l'invention pourront être de puissance très réduite. En effet, la plus grande partie de la puissance thermique produite est dissipée dans les amincissements définissant les courants Ji et dans les résistances ri. Si on limite la tension d'entrée à numériser à 1 volt environ, par exemple, et les valeurs des courants Ji à quelques dizaines de milliampères, on peut démontrer qu'un convertisseur à 5 bits binaires tel que celui de la figure 6 dissipe au plus 5 watts à 77"K. Une telle puissance peut être fournie par de petits réfrigérateurs, fabriqués en grande série. En cas de panne de la réfrigération le convertisseur cesse de fonctionner mais ne subit aucun dommage, car les canaux supraconducteurs devenant isolants, les intensités de courant dans ces canaux deviennent nulles.

On remarquera encore quç, par une simple variation de la pression de l'azote liquide utilisée dans les moyens de réfrigération, la température du convertisseur s'équilibre en peu de temps à la température d'ébullition de l'azote.

Les intensités critiques décroissant quand la température augmente on peut faire varier la sensibilité du convertisseur en jouant sur cette température, pour faire varier l'incrément VO.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Convertisseur analogique-numérique de tension électrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pluralité de cellules (Ci;Ci)de commutation électrique disposées entre une borne alimentée par la tension à numériser et une autre borne connectée à une tension prédéterminée, chaque cellule comprenant un premier canal (1) présentant un état supraconducteur et un état résistant, des moyens de réfrigération pour maintenir ledit canal dans son état supraconducteur en dessous d'une intensité de courant (ici) critique prédéterminée, les intensités critiques des diverses cellules correspondant respectivement à des seuils de tension échelonnés avec un pas constant (VO) dans une échelle de mesure de la tension à numériser, chaque cellule comprenant en outre un deuxième canal (2) en un matériau conducteur connecté en parallèle sur le premier canal, des moyens (3) étant prévus pour détecter le passage d'un courant dans les deuxièmes canaux et pour en déduire une expression numérique de ladite tension.

2. Convertisseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules de la pluralité sont disposées en série.

3. Convertisseur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs (N) pluralités identiques et ordonnées de (k) cellules (Cij), connectées en parallèle entre une borne commune d'entrée alimentée par la tension à numériser et une borne de sortie spécifique à chaque pluralité de cellules en série, cette borne étant connectée à une source de tension prédéterminée de valeur n.k.VO, VO étant le pas de l'échelle de tension correspondant aux intensités critiques des cellules d'une pluralité et n le numéro d'ordre de la pluralité considérée.

4. Convertisseur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites valeurs de tension (n.k.VO) sont définies par les tensions d'avalanche de diodes semi conductrices connectées en série avec chaque pluralité de cellules.

5. Convertisseur conforme à l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de détection sont sensibles au sens du courant dans la cellule observée.

6. Convertisseur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que n=2m, m étant un entier.

7. Convertisseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules de la pluralité sont disposées chacune dans l'une de plusieurs (N) lignes parallèles et ordonnées, connectées entre une borne d'entrée commune alimentée par la tension à numériser et une borne de sortie commune mise à la masse, et en ce que des moyens de réaction (10,14,13) connectent une borne de chaque cellule aux bornes opposées des cellules d'ordre inférieur, une transition dans un sens de l'état du premier canal de ladite cellule commandant des transitions dans l'autre sens des états des premiers canaux des cellules d'ordre inférieur de manière que la suite ordonnée des états des cellules soit l'image de l'expression binaire, définie sur N bits, de la valeur de la tension à numériser.

8. Convertisseur conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que ladite transition de cellule dans un sens correspond au passage du premier canal supraconducteur de ladite cellule, de l'état conducteur à l'état résistant.

9. Convertisseur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de réaction comprennent, entre chaque paire de cellules couplées, un amplificateur différentiel (10) connecté, du côté de ses entrées, à l'entrée d'une cellule et au deuxième canal conducteur de celle-ci de manière à injecter par sa sortie dans la cellule d'ordre inférieur à laquelle elle est couplée, et par la sortie de celle-ci, un courant J prédéterminé quand le premier canal de la cellule d'ordre supérieur passe dans l'état résistant, ce courant étant propre à faire basculer l'état du premier canal de la cellule d'ordre inférieur dans son état supraconducteur.

10. Convertisseur conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le courant (J) est injecté entre la sortie de la cellule d'ordre inférieur et une résistance (ri), le courant (J) étant calibré par passage dans un canal (13) supraconducteur saturé et par la valeur de la résistance (ri) de manière que J = V/ri ou V. est la tension qui fait transiter la cellule d'ordre supérieur.

11. Convertisseur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de réaction comprennent, entre chaque paire de cellules couplées, un amplificateur différentiel inverseur de tension connecte, du côté de ses entrées, à la sortie d'une cellule et au deuxième canal conducteur de celle-ci de manière à soustraire par sa sortie, de l'entrée de la cellule d'ordre inférieur à laquelle elle est couplée, un courant (J) quand le premier canal de la cellule d'ordre inférieur passe dans l'état résistant, cette soustraction de courant étant propre à faire basculer l'état du premier canal de la cellule d'ordre inférieur dans son état supraconducteur.

12. Convertisseur conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que le courant (J) est extrait entre l'entrée de la cellule d'ordre inférieur et une résistance (ri), le courant (J) étant calibré par passage dans un canal supraconducteur saturé.

13. Convertisseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs (N) lignes ordonnées de (k) cellules connectées en parallèle entre une borne commune d'entrée alimentée par la tension à numériser et la masse, des moyens de réaction connectant la dernière cellule de chaque ligne aux lignes d'ordre inférieur pour qu'une transition de ladite cellule dans un sens commande des transistions dans l'autre sens des cellules des lignes d'ordre inférieur, de manière que la suite ordonnée des états des cellules soit l'image de l'expression sur N bits, en base (k + 1), de la valeur numérisée de la tension d'entrée du convertisseur.