FR2695523A1 - Electronic analogue=to=digital converter - uses initial stage to determine sign of input current and subsequent stages to determine Gray Code - Google Patents
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Abstract
Description
CONVERTISSEUR ANALOGIQUE/NUMERIQUE RAPIDE
ET PROCEDE DE CONVERSION ASSOCIE
L'invention concerne les convertisseurs analogiques/numériques rapides. Elle trouve notamment des applications dans le domaine du traitement du signal vidéo et de l'instrumentation.FAST ANALOG TO DIGITAL CONVERTER
AND ASSOCIATED CONVERSION METHOD
The invention relates to fast analog / digital converters. In particular, it finds applications in the field of video signal processing and instrumentation.
Les convertisseurs analogiques/numériques rapides sont très diversifiés selon les applications. On distingue principalement quatre types de structures parallèles, parallèles-série, à interpolation et repliement et pipeline. Fast analog / digital converters are very diverse depending on the application. There are mainly four types of parallel structures, parallel-series, interpolation and folding and pipeline.
Le convertisseur parallèle à N bits de résolution encore appelé convertisseur flash (en littérature anglo-saxonne), comporte 2N-1 comparateurs et un réseau d'au moins autant de résistances pour délivrer des références de tension pour chaque comparateur. Une tension à mesurer Ve est appliquée simultanément sur l'entrée de tous les comparateurs. L'ensemble des comparateurs au-dessous de Ve ne basculeront pas alors que ceux situés au-dessus basculeront. Pour obtenir un codage en binaire sur N bits, il est nécessaire de mettre un circuit logique d'encodage en série sur la sortie des comparateurs. Ce type de convertisseur est le plus rapide, car tous les comparateurs agissent en parallèle. I1 offre une bonne résolution; on peut obtenir 8-10 bits de résolution à quelques dizaines de
Megahertzs.En contrepartie, du fait de cette structure parallèle, sa consommation est élevée et il occupe une surface très importante.The parallel converter with N bits of resolution also called flash converter (in Anglo-Saxon literature), comprises 2N-1 comparators and a network of at least as many resistors for delivering voltage references for each comparator. A voltage to be measured Ve is applied simultaneously to the input of all the comparators. All the comparators below Ve will not switch while those located above will switch. To obtain a binary coding on N bits, it is necessary to put a logic circuit of coding in series on the output of the comparators. This type of converter is the fastest, because all the comparators act in parallel. It offers good resolution; you can get 8-10 bit resolution at a few tens of
Megahertzs. On the other hand, due to this parallel structure, its consumption is high and it occupies a very large area.
Un convertisseur-série parallèle à N bits de résolution appelé encore convertisseur semi-flash (en littérature anglo-saxonne), comporte un premier convertisseur analogique/numérique parallèle à P bits de résolution suivi en série d'un convertisseur numérique/analogique et un deuxième convertisseur analogique/numérique parallèle à Q bits de résolution avec P+Q = N+1. Le premier convertisseur analogique/numérique effectue un premier codage d'une tension d'entrée. Le résultat de ce codage est appliqué à un convertisseur numérique/analogique à P bits de résolution et N bits de précision. On obtient en sortie une tension V'e. L'erreur (V'e-Ve) est amplifiée puis appliquée au deuxième convertisseur analogique/numérique parallèle qui effectue un deuxième codage. Une logique de correction traite les deux codages pour configurer le résultat final sur N bits en code binaire.Cette structure nécessite la présence d'un échantillonneur-bloqueur en entrée, dont les performances doivent être compatibles avec le convertisseur analogique/numérique N bits. Une telle structure série-parallèle diminue la rapidité de conversion, mais permet d'obtenir une très bonne résolution au prix d'une structure complexe très encombrante et d'une consommation qui reste élevée. A serial converter parallel to N bits of resolution also called semi-flash converter (in English literature), comprises a first analog / digital converter parallel to P bits of resolution followed in series by a digital / analog converter and a second analog / digital converter parallel to Q resolution bits with P + Q = N + 1. The first analog / digital converter performs a first coding of an input voltage. The result of this coding is applied to a digital / analog converter with P bits of resolution and N bits of precision. A voltage V'e is obtained at the output. The error (V'e-Ve) is amplified and then applied to the second parallel analog / digital converter which performs a second coding. Correction logic processes the two codings to configure the final result on N bits in binary code. This structure requires the presence of an input sampler-blocker, whose performance must be compatible with the analog / digital N-bit converter. Such a series-parallel structure decreases the speed of conversion, but makes it possible to obtain a very good resolution at the cost of a very bulky complex structure and a consumption which remains high.
Un convertisseur à interpolation et repliement comporte un étage d'entrée comprenant P groupes de M comparateurs pour délivrer P formes d'ondes repliées du signal d'entrée à convertir. Entre deux formes d'ondes consécutives, on réalise N interpolations au moyen d'un pont de résistances. On obtient P(N+1) sorties interpolées. On retrouve à ce niveau la structure du convertisseur parallèle (flash), chaque sortie étant appliquée à un comparateur. On a en sortie 2N bits de résolution. L'étage d'entrée de ce convertisseur permet de réduire le nombre de comparateurs utilisés dans les structures flash. Mais en contrepartie, la structure de ce convertisseur est assez complexe. An interpolation and aliasing converter has an input stage comprising P groups of M comparators for delivering P folded waveforms of the input signal to be converted. Between two consecutive waveforms, N interpolations are carried out by means of a resistance bridge. We obtain P (N + 1) interpolated outputs. We find at this level the structure of the parallel converter (flash), each output being applied to a comparator. We have at output 2N bits of resolution. The input stage of this converter makes it possible to reduce the number of comparators used in flash structures. But in return, the structure of this converter is quite complex.
Un convertisseur en chevauchement à Nbits de résolution, couramment qualifié de pipeline en littérature anglo-saxonne, comporte N à N+2 comparateurs mis en cascade et autant d'étages d'amplification. Il nécessite en entrée un échantillonneur-bloqueur de performance compatible. Chaque comparateur effectue la comparaison d'une tension d'entrée avec une référence de tension. La référence de tension est la même pour chaque comparateur. Le premier étage reçoit la tension d'entrée à convertir. Le deuxième étage d'entrée reçoit la différence amplifiée entre la tension d'entrée de l'étage précédent et la référence de tension. Un circuit logique combine les sorties des comparateurs pour obtenir un codage en binaire. An overlapping converter with Nbits of resolution, commonly referred to as a pipeline in Anglo-Saxon literature, comprises N to N + 2 comparators cascaded and as many amplification stages. It requires a compatible performance sampler-blocker as input. Each comparator compares an input voltage with a voltage reference. The voltage reference is the same for each comparator. The first stage receives the input voltage to be converted. The second input stage receives the amplified difference between the input voltage of the previous stage and the voltage reference. A logic circuit combines the comparator outputs to obtain binary coding.
La surface d'une telle structure est moyenne pour une rapidité également moyenne. The surface of such a structure is medium for an equally rapid speed.
Globalement tous ces convertisseurs occupent une surface importante, due au nombre de comparateurs ou à la nécessité d'un échantillonneur-bloqueur et d'étages d'amplification. Il présente une consommation relativement élevée surtout dans le cas des structures parallèles. Ils nécessitent tous un circuit logique pour obtenir un codage binaire. Ils nécessitent également un circuit d'encodage en code Gray à partir des sorties délivrées par chaque étage de conversion lorsque ce code veut être utilisé. Ce code Gray est en effet celui qui permet le moins d'erreur de conversion, notamment, en milieu d'échelle, car un seul bit change entre deux valeurs numériques successives. Il est donc très utilisé, notamment dans les applications de traitement du signal vidéo et d'instrumentation. Overall, all these converters occupy a large area, due to the number of comparators or the need for a sampler-blocker and amplification stages. It has a relatively high consumption, especially in the case of parallel structures. They all require a logic circuit to obtain binary coding. They also require an encoding circuit in Gray code from the outputs delivered by each conversion stage when this code wants to be used. This Gray code is in fact the one which allows the least conversion error, in particular, in the middle of the scale, since a single bit changes between two successive digital values. It is therefore widely used, especially in video signal processing and instrumentation applications.
Le but de l'invention est de réaliser un convertisseur analogique/numérique qui soit relativement compact et de faible consommation pour une résolution faible (6 à 8 bits) mais suffisante pour les applications de traitement du signal vidéo et d'instrumentation. Il est en effet nécessaire de réduire au maximum les surfaces des convertisseurs afin d'augmenter la complexité des circuits électroniques intégrés des matériels vidéo et d'instrumentation. The object of the invention is to provide an analog / digital converter which is relatively compact and of low consumption for a low resolution (6 to 8 bits) but sufficient for video signal processing and instrumentation applications. It is indeed necessary to reduce as much as possible the surfaces of the converters in order to increase the complexity of the integrated electronic circuits of the video and instrumentation equipment.
Un autre but de l'invention est un convertisseur qui ait une conversion rapide avec une vitesse de conversion comparable à celle des convertisseurs rapides connus. Dans un exemple, on cherche à obtenir une conversion avec 6 à 8 bits de résolution à 15MHZ. Another object of the invention is a converter which has a fast conversion with a conversion speed comparable to that of known fast converters. In an example, we seek to obtain a conversion with 6 to 8 bits of resolution at 15MHZ.
Selon l'invention, on effectue une conversion non plus d'une tension d'entrée mais d'un courant mis dans une gamme symétrique par rapport à zéro. Un étage de conversion comporte un moyen pour détecter le signe du courant d'entrée et délivre un signal numérique correspondant. une telle caractéristique permet d'obtenir une structure beaucoup plus simple, notamment parce qu'il est généralement plus aisé d'obtenir des références stables et précises en courant plutôt qu'en tension. According to the invention, a conversion is carried out not of an input voltage but of a current placed in a range symmetrical with respect to zero. A conversion stage comprises means for detecting the sign of the input current and delivering a corresponding digital signal. such a characteristic makes it possible to obtain a much simpler structure, in particular because it is generally easier to obtain stable and precise references in current rather than in voltage.
Avantageusement la structure du convertisseur de l'invention est une structure série, ce qui permet de limiter intrinsèquement la consommation. Advantageously, the structure of the converter of the invention is a series structure, which intrinsically limits consumption.
Enfin, la structure du convertisseur de l'invention permet d'obtenir directement, avec les sorties numériques des étages de conversion, un codage en code
Gray. Ceci est particulièrement avantageux.Finally, the structure of the converter of the invention makes it possible to obtain directly, with the digital outputs of the conversion stages, coding in code
Gray. This is particularly advantageous.
Telle qu'elle est revendiquée, l'invention concerne donc un convertisseur analogique/numérique d'un courant d'entrée présenté dans une première gamme symétrique par rapport à zéro. Ce convertisseur comporte au moins un étage de conversion comprenant un moyen pour détecter le signe du signal d'entrée, et délivrant un signal numérique correspondant au signe. As claimed, the invention therefore relates to an analog / digital converter of an input current presented in a first range symmetrical with respect to zero. This converter comprises at least one conversion stage comprising means for detecting the sign of the input signal, and delivering a digital signal corresponding to the sign.
Avantageusement, le convertisseur analogique/numérique comporte N étages de conversion en cascade, le signal d'entrée de chaque étage étant obtenu en redressant le courant de l'étage précédent et en lui ajoutant la demi-amplitude de la gamme de l'étage précédent. Advantageously, the analog / digital converter comprises N stages of cascade conversion, the input signal of each stage being obtained by rectifying the current of the preceding stage and by adding to it the half-amplitude of the range of the preceding stage .
Chaque étage de conversion délivre un bit correspondant au signe du signal d'entrée qui lui est appliqué. Les N bits obtenus forment ainsi directement un codage en code Gray. Each conversion stage delivers a bit corresponding to the sign of the input signal applied to it. The N bits obtained thus directly form coding in Gray code.
L'invention concerne aussi un procédé de conversion analogique/numérique qui consiste
a) - à mettre un courant d'entrée dans une gamme symétrique par rapport à zéro et d'amplitude IM;
b) - à détecter le signe de ce courant d'entrée et délivrer un signal numérique correspondant;
c) - à redresser le courant d'entrée;
d) - à ajouter au courant redressé, la demi-amplitude de la gamme du courant d'entrée;
e) - à recommencer (N-l) fois les opérations b), c) et d), pour avoir directement à partir des signaux numériques obtenus un codage du courant en code
Gray sur N bits.The invention also relates to an analog / digital conversion method which consists of
a) - to put an input current in a range symmetrical with respect to zero and of amplitude IM;
b) - detecting the sign of this input current and delivering a corresponding digital signal;
c) - to rectify the input current;
d) - to add to the rectified current, the half-amplitude of the range of the input current;
e) - to start again (Nl) once operations b), c) and d), to have directly from the digital signals obtained a coding of the current in code
Gray on N bits.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont présentés dans la description qui suit, faite à titre indicatif et non-limitatif de l'invention et en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est un schéma-bloc d'un convertisseur
analogique/numérique comprenant six étages selon
l'invention;
- la figure 2 représente les courants d'entrée de
chaque étage du convertisseur de la figure 1, pour
un courant d'entrée du convertisseur compris entre
+IM;
- la figure 3 représente les sorties numériques
correspondantes pour chacun des étages;
- la figure 4 représente un schéma électrique d'un
convertisseur selon l'invention;;
- les figures 5a et 5b représentent les différents
signaux analogiques (a) d'entrée et de sortie et
les sorties numériques (b) du schéma de la figure
4, en fonction du courant d'entrée IeO du conver
tisseur;
- les figures 6a et 6b représentent un premier (a) et
un deuxième (b) circuits de polarisation d'un
convertisseur selon l'invention;
- la figure 7 représente un bloc diagramme d'un
circuit de conversion du code Gray vers le binaire,
placé en sortie du convertisseur de l'invention;
- la figure 8 représente un schéma électrique d'un
circuit de conversion de tension différentielle
vers un courant bi-directionnel, à placer devant le
convertisseur selon l'invention; et
- la figure 9 est un diagramme tension/courant
correspondant au circuit de la figure 8.Other characteristics and advantages of the invention are presented in the following description, given by way of non-limiting illustration of the invention and with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is a block diagram of a converter
analog / digital comprising six stages according to
the invention;
- Figure 2 shows the input currents of
each stage of the converter of figure 1, for
a converter input current between
+ IM;
- Figure 3 shows the digital outputs
corresponding for each of the floors;
- Figure 4 shows an electrical diagram of a
converter according to the invention;
- Figures 5a and 5b show the different
analog input and output signals (a) and
the digital outputs (b) of the diagram in figure
4, depending on the input current IeO of the conver
weaver;
- Figures 6a and 6b show a first (a) and
a second (b) bias circuits of a
converter according to the invention;
- Figure 7 shows a block diagram of a
circuit for converting Gray code to binary,
placed at the output of the converter of the invention;
- Figure 8 shows an electrical diagram of a
differential voltage conversion circuit
towards a bi-directional current, to be placed in front of the
converter according to the invention; and
- Figure 9 is a voltage / current diagram
corresponding to the circuit of figure 8.
La figure 1 représente un schéma-bloc d'un convertisseur analogique/numérique selon l'invention. On a choisi de représenté un convertisseur à 6 bits de résolution. Ce convertisseur comprend alors six étages
E0 à E5 montés en cascade.FIG. 1 represents a block diagram of an analog / digital converter according to the invention. We chose to represent a 6-bit resolution converter. This converter then comprises six stages
E0 to E5 cascaded.
Le premier étage E0 reçoit le courant à convertir, noté IeO. Il délivre un courant de sortie IsO et un signal numérique G5. The first stage E0 receives the current to be converted, denoted IeO. It delivers an output current IsO and a digital signal G5.
Le deuxième étage El reçoit un courant d'entrée Iel égal au courant de sortie IsO de l'étage précédent augmenté d'un courant de référence 10. Il délivre un courant de sortie Isl et un signal numérique G4. Les étages E2, E3, E4 sont identiques à l'étage El. Ils reçoivent respectivement un courant d'entrée Ie2=Isl+Il,
Ie3=Is2+I2, Ie4=Is3+I3, où I1, I2 et I3 sont des courants de référence et délivrent en sortie un courant Is2, Is3, Is4 et un signal numérique G3, G2, G1. Enfin, le dernier (sixième) étage E5 reçoit un courant d'entrée
Ie5 égal au courant de sortie Is4 de l'étage E4 précédent, augmenté d'un courant de référence I4.Il délivre en sortie le signal numérique GO.The second stage El receives an input current Iel equal to the output current IsO of the preceding stage increased by a reference current 10. It delivers an output current Isl and a digital signal G4. The stages E2, E3, E4 are identical to the stage El. They respectively receive an input current Ie2 = Isl + Il,
Ie3 = Is2 + I2, Ie4 = Is3 + I3, where I1, I2 and I3 are reference currents and output a current Is2, Is3, Is4 and a digital signal G3, G2, G1. Finally, the last (sixth) stage E5 receives an input current
Ie5 equal to the output current Is4 of the previous stage E4, increased by a reference current I4.It outputs the digital signal GO.
Selon l'invention, les courants d'entrée IeO à Ie5 sont dans une gamme de courant symétrique par rapport à zéro. De plus, entre chaque étage, l'amplitude de la gamme du courant d'entrée est divisée par deux. C'est ce qui est représenté à la figure 2. Le courant IeO a ainsi une valeur comprise entre -IM et +IM. Le courant Iel a donc une valeur comprise entre -IM/2 et +IM/2. Le courant Ie2 a une valeur comprise entre -IM/4 et +IM/4 et ainsi de suite, jusqu'à Ie5 qui a une valeur comprise entre -IM/32 et +IM/32. Le signal numérique (G5-G0) délivré par chacun des étages correspond au signe du courant d'entrée de chacun des étages par rapport à zéro. According to the invention, the input currents IeO to Ie5 are in a current range symmetrical with respect to zero. In addition, between each stage, the amplitude of the range of the input current is halved. This is what is shown in Figure 2. The current IeO thus has a value between -IM and + IM. The current Iel therefore has a value between -IM / 2 and + IM / 2. The current Ie2 has a value between -IM / 4 and + IM / 4 and so on, up to Ie5 which has a value between -IM / 32 and + IM / 32. The digital signal (G5-G0) delivered by each of the stages corresponds to the sign of the input current of each of the stages with respect to zero.
On a pris comme convention que, lorsque le courant est négatif, le signal numérique vaut zéro en sortie et lorsqu'il est positif, il vaut 1. On obtient alors les sorties numériques G5-G0 en fonction du courant à convertir IeO représentées à la figure 3. We have taken as a convention that, when the current is negative, the digital signal is equal to zero at output and when it is positive, it is equal to 1. We then obtain digital outputs G5-G0 according to the current to be converted IeO represented at figure 3.
Le convertisseur analogique/numérique selon l'invention permet ainsi, par la mise en cascade d'étages de conversion déterminant chacun le signe de son courant d'entrée, d'obtenir en sortie un codage numérique correspondant au code Gray. Ceci conduit à un avantage certain, puisque le code Gray est celui qui permet le moins d'erreur possible de conversion notamment en milieu d'échelle, puisque un seul bit change entre deux valeurs numériques consécutives. Et ceci est obtenu dans l'invention, en prenant simplement les sorties des étages du convertisseur analogique/numérique. The analog / digital converter according to the invention thus makes it possible, by cascading conversion stages each determining the sign of its input current, to obtain at output a digital coding corresponding to the Gray code. This leads to a definite advantage, since the Gray code is that which allows the least possible conversion error, in particular in the middle of the scale, since a single bit changes between two consecutive digital values. And this is obtained in the invention, by simply taking the outputs of the stages of the analog / digital converter.
Nous allons maintenant décrire un schéma électrique d'un étage du convertisseur selon l'invention, en se référant à la figure 4. Dans la suite, on a choisi de décrire une structure bipolaire du convertisseur de l'invention. On transposera aisément cette description pour une structure dans d'autres technologies, comme par exemple en MOS. Notamment, on notera que les électrodes de conduction d'un transistor bipolaire seront appelées émetteur (référence e) et collecteur (référence c) et que l'électrode de commande sera appelée base (référence b). En technologie, MOS, par exemple, on parlerait de source et drain pour les électrodes de conduction, et de grille pour l'électrode de commande. We will now describe an electrical diagram of a stage of the converter according to the invention, with reference to FIG. 4. In the following, we have chosen to describe a bipolar structure of the converter of the invention. This description can easily be transposed for a structure in other technologies, such as for example in MOS. In particular, it will be noted that the conduction electrodes of a bipolar transistor will be called emitter (reference e) and collector (reference c) and that the control electrode will be called base (reference b). In technology, MOS, for example, we would speak of source and drain for the conduction electrodes, and of grid for the control electrode.
En ce qui concerne les tensions de seuil de conduction, elle est notée, généralement, Vbe en bipolaire et
Vt en technologie MOS.As regards the conduction threshold voltages, it is generally noted Vbe in bipolar and
Vt in MOS technology.
Dans la suite, on utilisera le vocabulaire réservé à la technologie bipolaire. In the following, we will use the vocabulary reserved for bipolar technology.
Un étage de conversion E0 comporte un transistor T1 dont la base bl est reliée à un potentiel fixe P0. Son émetteur el est relié au point d'entrée E de l'étage E0. A conversion stage E0 comprises a transistor T1 whose base bl is connected to a fixed potential P0. Its transmitter el is connected to the entry point E of stage E0.
Un transistor T2 est monté en diode avec sa base b2 et son collecteur c2 réunis ensemble au point d'entrée E.A transistor T2 is mounted as a diode with its base b2 and its collector c2 joined together at the entry point E.
Son émetteur e2 est connecté au collecteur c4 d'un transistor T4. L'émetteur e4 de ce transistor est connecté à une résistance Re dont l'autre borne est polarisée à un potentiel fixe Q0.Its emitter e2 is connected to the collector c4 of a transistor T4. The emitter e4 of this transistor is connected to a resistor Re, the other terminal of which is biased at a fixed potential Q0.
Un transistor T5 est monté en diode avec son collecteur c5 et sa base b5 réunis ensemble à la base b4 du transistor T4. Son émetteur e5 est connecté à une résistance R'e dont l'autre borne est connectée au potentiel fixe Q0. Le collecteur c5 est connecté en outre à l'émetteur e3 d'un transistor T3. La base b3 de ce transistor est connectée à la base b2 du transistor
T2. Enfin, les collecteurs cl du transistor T1 et c3 du transistor T3 sont réunis ensemble et délivrent la sortie IsO de l'étage E0. Les transistors T2 et T3 forment ainsi un miroir de courant. L'ensemble de la structure composée par les transistors T2, T3, T4 et T5 forme un miroir de Wilson. De préférence, les résistances Re et R'e sont identiques.A transistor T5 is mounted as a diode with its collector c5 and its base b5 joined together at the base b4 of the transistor T4. Its emitter e5 is connected to a resistor R'e, the other terminal of which is connected to the fixed potential Q0. The collector c5 is further connected to the emitter e3 of a transistor T3. The base b3 of this transistor is connected to the base b2 of the transistor
T2. Finally, the collectors cl of the transistor T1 and c3 of the transistor T3 are joined together and deliver the output IsO of the stage E0. The transistors T2 and T3 thus form a current mirror. The entire structure composed by the transistors T2, T3, T4 and T5 forms a Wilson mirror. Preferably, the resistances Re and R'e are identical.
L'étage de conversion comporte en outre un comparateur de niveau de tension 101 recevant sur une entrée le point d'entrée E de l'étage E0 et sur l'autre entrée une référence de tension Ref 0. Ce comparateur 101 délivre la sortie numérique G5 de l'étage de conversion
E0.The conversion stage further comprises a voltage level comparator 101 receiving on one input the input point E of the stage E0 and on the other input a voltage reference Ref 0. This comparator 101 delivers the digital output G5 of the conversion stage
E0.
Les transistors T1, T2 et le comparateur 101 permettent de détecter le signe du courant d'entrée IeO appliqué sur l'entrée E. En effet, les potentiels P0 et
Q0 sont tels que lorsque le courant IeO est positif, la tension VE au point E augmente et, de ce fait, la tension base-émetteur du transistor T1 diminue. Le transistor T1 va se bloquer. La tension VE atteint un potentiel haut noté VH.The transistors T1, T2 and the comparator 101 make it possible to detect the sign of the input current IeO applied to the input E. In fact, the potentials P0 and
Q0 are such that when the current IeO is positive, the voltage VE at point E increases and, as a result, the base-emitter voltage of transistor T1 decreases. The transistor T1 will block. The voltage VE reaches a high potential denoted VH.
Au contraire, si le courant d'entrée IeO est négatif, la tension VE au point E diminue et la tension base-émetteur du transistor T1 augmente. Le transistor T1 devient passant. La tension VE atteint un potentiel bas noté VL. Le comparateur reçoit une tension de référence RefO comprise entre les niveaux VL et VH. On the contrary, if the input current IeO is negative, the voltage VE at point E decreases and the base-emitter voltage of transistor T1 increases. The transistor T1 turns on. The voltage VE reaches a low potential denoted VL. The comparator receives a reference voltage RefO between the levels VL and VH.
ainsi, lorsque le courant est positif, la tension VE est supérieure à la tension de référence Ref0, le comparateur détecte un signe positif et le signal de sortie numérique G5 vaut 1. Lorsque le courant est négatif, la tension VE est inférieure à la tension de référence Ref 0, le comparateur détecte un signe négatif et le signal de sortie numérique G5 vaut 0.thus, when the current is positive, the voltage VE is greater than the reference voltage Ref0, the comparator detects a positive sign and the digital output signal G5 is equal to 1. When the current is negative, the voltage VE is less than the voltage Ref 0, the comparator detects a negative sign and the digital output signal G5 is 0.
On vient de décrire la détection du courant d'entrée IeO. On va maintenant décrire comment le courant d'entrée IeO qui est dans une gamme symétrique par rapport à zéro et d'amplitude IM, est transformé dans une gamme symétrique de demi-amplitude inférieure. We have just described the detection of the input current IeO. We will now describe how the input current IeO, which is in a range symmetrical with respect to zero and of amplitude IM, is transformed into a symmetrical range of lower half-amplitude.
L'étage de conversion EO comporte pour cela un redresseur de courant pour recopier le courant d'entrée IeO, soit par le transistor T1 lorsqu'il est négatif, soit par le transistor T3 lorsqu'il est positif. Le redresseur comporte principalement un miroir de courant formé par les transistors T2 et T3.The conversion stage EO therefore includes a current rectifier for copying the input current IeO, either by the transistor T1 when it is negative, or by the transistor T3 when it is positive. The rectifier mainly comprises a current mirror formed by the transistors T2 and T3.
Lorsque le courant IeO est négatif, on a vu que le transistor T1 est passant. Il a une tension égale à son seuil de conduction Vbe entre son émetteur et sa base. When the current IeO is negative, we have seen that the transistor T1 is conducting. It has a voltage equal to its conduction threshold Vbe between its transmitter and its base.
Les potentiels PO et QO sont tels que la différence de tension VE-QO est alors insuffisante pour que le transistor T3 soit passant. I1 suffit que la tension base-émetteur du transistor T3 soit inférieure à la tension de seuil de conduction Vbe. Dans ces conditions, le transistor T3 est bloqué et tout le courant d'entrée
IeO négatif transite par le transistor T1 (au courant de base près). On obtient donc, en sortie, le courant
IsO = IeO. The potentials PO and QO are such that the voltage difference VE-QO is then insufficient for the transistor T3 to be conducting. It is sufficient for the base-emitter voltage of the transistor T3 to be less than the conduction threshold voltage Vbe. Under these conditions, the transistor T3 is blocked and all the input current
The negative IeO passes through the transistor T1 (except for the basic current). We therefore obtain, at the output, the current
IsO = IeO.
Lorsque le courant IeO est positif, le transistor T1 est bloqué. Les potentiels PO et QO sont tels, que la différence de tension VE-QO est suffisante à rendre passant le transistor T3. Le courant IeO positif, est alors recopié par le transistor T2 dans le transistor T3 (miroir de courant). On retrouve alors un courant -IeO sur le collecteur c3 du transistor T3. Le courant de sortie IsO est donc égal à -IeO. When the current IeO is positive, the transistor T1 is blocked. The potentials PO and QO are such that the voltage difference VE-QO is sufficient to make transistor T3 pass. The positive current IeO is then copied by the transistor T2 into the transistor T3 (current mirror). We then find a current -IeO on the collector c3 of the transistor T3. The output current IsO is therefore equal to -IeO.
On a ainsi un courant de sortie IsO qui, de manière générale s'écrit : IsO= -IIeOl. Le courant d'entrée est redressé. There is thus an output current IsO which, in general terms is written: IsO = -IIeOl. The input current is rectified.
La valeur du courant IsO en fonction du courant d'entrée IeO est représenté sur la figure Sa. The value of the current IsO as a function of the input current IeO is shown in Figure Sa.
Pour améliorer la recopie du courant par le miroir de courant formé des transistors T2 et T3, on préfère avantageusement ajouter les transistors T4 et T5. On obtient ainsi un miroir dit de Wilson qui compense les effets d'Early dans le transistor T3 et de courant de base dans le transistor T2, pour assurer une meilleure recopie possible. To improve the copying of the current by the current mirror formed by the transistors T2 and T3, it is preferable to add the transistors T4 and T5. A so-called Wilson mirror is thus obtained which compensates for the effects of Early in the transistor T3 and of base current in the transistor T2, to ensure the best possible copying.
Dans ces conditions, la branche de recopie du courant positif comporte deux transistors T3 et T5. la branche de recopie du courant négatif comporte un seul transistor T1. Under these conditions, the positive current feedback branch comprises two transistors T3 and T5. the negative current copying branch comprises a single transistor T1.
Pour un fonctionnement correct du redresseur, il faut que les potentiels PO et QO soient tels que PO-QO soit au moins égal à deux fois Vbe et inférieur à trois fois Vbe où Vbe est la tension de seuil de conduction du transistor bipolaire. De préférence, on choisit
PO-QO= 2Vbe. En effet, lorsque le courant est négatif, on a alors PO-VE = 1Vbe et VE-QO=lVbe, ce qui assure que les transistors T3 et T5 sont bloqués.For correct operation of the rectifier, the potentials PO and QO must be such that PO-QO is at least equal to twice Vbe and less than three times Vbe where Vbe is the conduction threshold voltage of the bipolar transistor. Preferably, we choose
PO-QO = 2Vbe. Indeed, when the current is negative, there is then PO-VE = 1Vbe and VE-QO = lVbe, which ensures that the transistors T3 and T5 are blocked.
Lorsque le courant est positif, le transistor T1 est bloqué, la tension VE est alors égale à PO. On a alors VE-QO = PO-QO = 2Vbe ce qui suffit pour que les transistors T3 et T5 soient passants et recopient le courant positif. When the current is positive, the transistor T1 is blocked, the voltage VE is then equal to PO. We then have VE-QO = PO-QO = 2Vbe which is sufficient for the transistors T3 and T5 to be on and copy the positive current.
Dans ces conditions, la tension VE va avoir une valeur haute VH égale à 2Vbe et une valeur basse VL égale à lVbe. Under these conditions, the voltage VE will have a high value VH equal to 2Vbe and a low value VL equal to lVbe.
De préférence, on choisit que la tension de référence RefO du comparateur qui doit être comprise entre VH et VL est égale à RefO=PO-2/3Vbe. On a ainsi une valeur optimale pour détecter la polarité du courant d'entrée. Preferably, it is chosen that the reference voltage RefO of the comparator which must be between VH and VL is equal to RefO = PO-2 / 3Vbe. There is thus an optimal value for detecting the polarity of the input current.
Le courant de sortie IsO est un courant redressé négatif qui varie donc entre 0 et -IM : l'amplitude est divisée par 2 par rapport au courant d'entrée. Mais il faut le remettre dans une gamme symétrique par rapport à zéro. Pour cela, il suffit de rajouter la demi-amplitude de la gamme du courant d'entrée IeO. On obtient un courant de sortie dans la gamme + IM/2. Le courant d'entrée Iel de l'étage El est donc la somme du courant de sortie IsO de l'étage précédent EO et d'un courant de référence IO égal à IM/2 délivré par un circuit 200 de génération de courants. The output current IsO is a negative rectified current which therefore varies between 0 and -IM: the amplitude is divided by 2 with respect to the input current. But it must be put back in a symmetrical range with respect to zero. To do this, simply add the half-amplitude of the range of the input current IeO. An output current is obtained in the + IM / 2 range. The input current Iel of stage El is therefore the sum of the output current IsO of the preceding stage EO and a reference current IO equal to IM / 2 delivered by a circuit 200 for generating currents.
On cascade de cette manière, les étages de conversion du convertisseur. A chaque fois, on ajoute en sortie de l'étage, la demi-amplitude de la gamme du courant d'entrée de cet étage. In this way, the conversion stages of the converter are cascaded. Each time, the half-amplitude of the range of the input current of this stage is added at the output of the stage.
Le convertisseur analogique/numérique de l'invention comporte donc un circuit de génération de courants référencé 200 sur la figure 4. The analog / digital converter of the invention therefore includes a current generation circuit referenced 200 in FIG. 4.
Ce circuit 200 de génération de courant doit délivrer un courant IO=IM/2, un courant I1=I0/2, un courant I2=I1/2, un courant I3=I2/2, et un courant
I4=I3/2.This current generation circuit 200 must deliver a current IO = IM / 2, a current I1 = I0 / 2, a current I2 = I1 / 2, a current I3 = I2 / 2, and a current
I4 = I3 / 2.
Il comporte, pour chaque référence de courant à délivrer, un réseau de résistances séries ou parallèles, (RO, R1, R2), montées entre la tension d'alimentation
VCC et l'émetteur d'un ou plusieurs transistors bipolaires (T10, T20, T30, T40, T50). Les courants de référence sont délivrés sur les collecteurs de ces transistors.It includes, for each current reference to be delivered, a network of series or parallel resistors (RO, R1, R2), mounted between the supply voltage
VCC and the transmitter of one or more bipolar transistors (T10, T20, T30, T40, T50). The reference currents are delivered on the collectors of these transistors.
La tension de base de ces transistors est délivrée par un circuit de référence de tension 201. Tous les transistors sont donc polarisés sur leur base de la même manière. The base voltage of these transistors is delivered by a voltage reference circuit 201. All the transistors are therefore biased on their base in the same way.
Les réseaux de résistances sont calculés pour avoir la meilleure proportionnalité possible entre ces courants de référence car toute erreur de proportion va réduire la précision du convertisseur. The resistance networks are calculated to have the best possible proportionality between these reference currents because any error in proportion will reduce the precision of the converter.
Le circuit 200 représenté à la figure 4 donne un exemple d'une configuration de résistances et de transistors pour une amplitude du courant d'entrée IeO de deux milliampères et une tension d'alimentation VCC de 9 volts. Le courant IO est ainsi délivré sur les collecteurs communs de 4 transistors dont un seul (T10) a été représenté, montés en parallèle. Un réseau de résistances est placé entre la tension d'alimentation
VCC et les émetteurs communs aux quatre transistors.The circuit 200 shown in FIG. 4 gives an example of a configuration of resistors and transistors for an amplitude of the input current IeO of two milliamps and a supply voltage VCC of 9 volts. The current IO is thus delivered on the common collectors of 4 transistors of which only one (T10) has been shown, mounted in parallel. A network of resistors is placed between the supply voltage
VCC and the transmitters common to the four transistors.
Le ou les collecteur(s) des transistors du circuit de génération de courant 200 sont connectés, pour chaque courant de référence, aux collecteurs communs des transistors T1 et T3 de l'étage de conversion correspondant, ce qui permet ainsi d'additionner les courants. The collector (s) of the transistors of the current generation circuit 200 are connected, for each reference current, to the common collectors of the transistors T1 and T3 of the corresponding conversion stage, which thus makes it possible to add the currents .
La figure Sa représente le courant de sortie de IsO du premier étage EO et le courant d'entrée Iel de l'étage El qui suit, en fonction du courant d'entrée IeO du convertisseur analogique/numérique. FIG. Sa represents the output current of IsO of the first stage EO and the input current Iel of the stage El which follows, as a function of the input current IeO of the analog / digital converter.
La figure 5b représente les sorties numériques correspondantes G5 et G4 en fonction des courants d'entrée IeO et Iel. FIG. 5b represents the corresponding digital outputs G5 and G4 as a function of the input currents IeO and Iel.
On a vu dans la description des étages de conversion, que la détection du signe nécessitait différentes tensions de polarisation notées QO, RefO et PO pour le premier étage EO. We have seen in the description of the conversion stages, that the detection of the sign required different polarization voltages denoted QO, RefO and PO for the first stage EO.
On va maintenant décrire un circuit de polarisation particulièrement compact qui permet de générer ces références de tension pour chacun des étages. We will now describe a particularly compact bias circuit which generates these voltage references for each of the stages.
Sur la figure 6a on a ainsi représenté les trois premiers étages EO, El et E2. In FIG. 6a, the first three stages EO, El and E2 have thus been represented.
- L'étage EO reçoit en entrée les tensions QO, RefO
et PO.- The EO stage receives the QO, RefO voltages as input
and PO.
- L'étage El reçoit en entrée les tensions Q1, Refl
et P1.- The stage El receives the input voltages Q1, Refl
and P1.
- L'étage E2 reçoit en entrée les tension Q2,Ref2 et P2. - Stage E2 receives input Q2, Ref2 and P2 as input.
On a vu, selon l'invention, que l'on avait, pour chaque étage Ei 2Vbe çPi-Qi < 3Vbe avec, de préférence, Pi - Qi = 2Vbe et Refi = Pi - 2/3Vbe. We have seen, according to the invention, that there was, for each stage Ei 2Vbe çPi-Qi <3Vbe with, preferably, Pi - Qi = 2Vbe and Refi = Pi - 2 / 3Vbe.
Le circuit de référence de tension selon l'invention comprend une première ligne de polarisation comportant des diodes en série, 3, 6, 9, 12, polarisées en direct par un générateur de courant 300. The voltage reference circuit according to the invention comprises a first bias line comprising diodes in series, 3, 6, 9, 12, directly biased by a current generator 300.
En parallèle sur cette première ligne de polarisation est placée une deuxième ligne de polarisation comprenant des résistances. Ces résistances sont telles qu'entre chaque diode respectivement 3, 6, 9, 12, on retrouve en parallèle une résistance respectivement 1, 4, 7, 10, de valeur R et une résistance respectivement 2, 5, 8, 11, de valeur 2R. Comme les diodes sont en direct, on retrouve aux bornes de chacunes d'elles une tension égale à la tension de seuil de conduction Vbe. In parallel on this first line of polarization is placed a second line of polarization comprising resistors. These resistances are such that between each diode respectively 3, 6, 9, 12, there is in parallel a resistance respectively 1, 4, 7, 10, of value R and a resistance respectively 2, 5, 8, 11, of value 2R. As the diodes are direct, we find at the terminals of each of them a voltage equal to the conduction threshold voltage Vbe.
Le pont résistif placé en parallèle permet donc d'obtenir 1/3 ou 2/3 de Vbe. Par exemple, selon que l'on prend la tension entre la cathode de la diode 6 et le point milieu entre les résistances 4 (R) et 5 (2R) ou entre l'anode de la diode 6 et ce même point milieu. On obtient ainsi très facilement les valeurs des tensions de polarisation, chacune de ces tensions étant décalées de 1Vbe entre chaque étage.The resistive bridge placed in parallel therefore makes it possible to obtain 1/3 or 2/3 of Vbe. For example, depending on whether you take the voltage between the cathode of diode 6 and the midpoint between resistors 4 (R) and 5 (2R) or between the anode of diode 6 and this same midpoint. The values of the bias voltages are thus very easily obtained, each of these voltages being offset by 1Vbe between each stage.
Ainsi, la tension QO est prise au point commun entre la cathode de la diode 3 et la résistance 1 de valeur R. Thus, the voltage QO is taken at the common point between the cathode of the diode 3 and the resistance 1 of value R.
La référence RefO est prise entre la résistance 4 de valeur R et la résistance 5 de valeur 2R, ces deux résistances en série étant en parallèles sur la diode 6. The reference RefO is taken between the resistor 4 of value R and the resistor 5 of value 2R, these two resistors in series being in parallel on the diode 6.
La référence PO est prise au point commun entre la résistance 5 et l'anode de la diode 6. The reference PO is taken at the common point between the resistor 5 and the anode of the diode 6.
On obtient bien ainsi un décalage de 2Vbe entre QO et PO et de 213 de Vbe entre PO et RefO. We thus obtain an offset of 2Vbe between QO and PO and of 213 Vbe between PO and RefO.
La tension Q1 de l'étage El est prise au point commun entre la résistance 4 de valeur R et la cathode de la diode 6. The voltage Q1 of the stage El is taken at the common point between the resistor 4 of value R and the cathode of the diode 6.
La référence Refl est prise entre la résistance 7 de valeur R et la résistance 8 de valeur 2R qui sont placées en parallèle sur la diode 9. The reference Refl is taken between the resistor 7 of value R and the resistor 8 of value 2R which are placed in parallel on the diode 9.
La tension P1 est prise entre la résistance 8 de valeur 2R et l'anode de la diode 9. Voltage P1 is taken between resistor 8 of value 2R and the anode of diode 9.
On obtient ainsi un décalage de lVbe entre QO et
Q1, de 1 Vbe entre RefO et Refl et de ivbe entre PO et P1 : Q1=QO+Vbe ; Refl=RefO+Vbe ; P1=PO+Vbe.We thus obtain an offset of lVbe between QO and
Q1, 1 Vbe between RefO and Refl and ivbe between PO and P1: Q1 = QO + Vbe; Refl = RefO + Vbe; P1 = PO + Vbe.
Ceci n'est pas gênant, puisque ce sont les différences de potentiels (P1-Q1, Pl-Refl) qui doivent être constantes pour un étage donné (El). This is not a problem, since it is the potential differences (P1-Q1, Pl-Refl) which must be constant for a given stage (El).
Cette structure de circuit de polarisation a ses limites puisqu'on ne peut pas générer plus que la tension d'alimentation du convertisseur VCC, qui vaut par exemple 9 volts, Vbe valant environ 0,7 volt. This bias circuit structure has its limits since it cannot generate more than the supply voltage of the converter VCC, which is for example 9 volts, Vbe being approximately 0.7 volt.
Mais dans la mesure où le convertisseur qui nous intéresse est à faible résolution comprenant au maximum six à sept étages de conversion, ce circuit de polarisation est très avantageux puisqu'il ne comporte que deux lignes de polarisation alimentées par un même générateur de courant 300. Cette structure est particulièrement simple et permet de limiter la consommation du courant. But insofar as the converter which interests us is of low resolution comprising at most six to seven stages of conversion, this bias circuit is very advantageous since it comprises only two bias lines supplied by the same current generator 300. This structure is particularly simple and makes it possible to limit the consumption of current.
Une autre réalisation du circuit de polarisation en tension est représentée à la figure 6b. On a remplacé la deuxième ligne de polarisation de résistances par une deuxième ligne de polarisation de diodes 13,14,15,16. Another embodiment of the voltage bias circuit is shown in Figure 6b. The second resistance bias line has been replaced by a second diode bias line 13,14,15,16.
Chaque ligne de polarisation de diodes est polarisée par un générateur de courant 301 commun. Sur la première ligne de polarisation est placée une résistance R' en série entre le générateur de courant 301 et les diodes.Each diode bias line is biased by a common current generator 301. On the first polarization line is placed a resistor R 'in series between the current generator 301 and the diodes.
Sur la deuxième ligne de polarisation est placée une résistance KR' en série entre la tension Vcc et les diodes. On a ainsi le potentiel QO sur la cathode de la première diode 13 de la deuxième ligne de polarisation, le potentiel Q1 sur la cathode de la deuxième diode 14 de la deuxième ligne de polarisation, le potentiel PO sur l'anode de cette même deuxième diode, le potentiel
Q2 sur la cathode de la troisième diode 15 et le potentiel P1 sur l'anode de cette troisième diode. On a le potentiel RefO sur l'anode de la première diode 3 de la première ligne de polarisation, le potentiel Refl sur l'anode de la deuxième diode 6 de la première ligne de polarisation et ainsi de suite. La résistance R' est calculée pour que le potentiel RefO soit décalée de 1/3
Vbe par rapport au potentiel QO.La constante K est calculée pour avoir un courant identique IP dans les deux branches, pour que la tension de diode soit identique. On obtient ainsi les différentes références de tension avec les décalages appropriés.On the second bias line is placed a resistor KR 'in series between the voltage Vcc and the diodes. There is thus the potential QO on the cathode of the first diode 13 of the second polarization line, the potential Q1 on the cathode of the second diode 14 of the second polarization line, the potential PO on the anode of this same second diode, the potential
Q2 on the cathode of the third diode 15 and the potential P1 on the anode of this third diode. We have the potential RefO on the anode of the first diode 3 of the first polarization line, the potential Refl on the anode of the second diode 6 of the first polarization line and so on. The resistance R 'is calculated so that the potential RefO is offset by 1/3
Vbe with respect to the potential QO. The constant K is calculated to have an identical current IP in the two branches, so that the diode voltage is identical. The different voltage references are thus obtained with the appropriate offsets.
On a ainsi décrit les étages de conversion du convertisseur analogique/numérique et les circuits de polarisation (courant,tension) selon l'invention. On a vu que ce convertisseur délivre directement en sortie la conversion en code Gray du signal d'entrée. The conversion stages of the analog / digital converter and the bias circuits (current, voltage) according to the invention have thus been described. We have seen that this converter directly outputs the Gray code conversion of the input signal.
Or, si le code Gray est très avantageux du point de vue de la conversion, puisqu'il limite les erreurs de conversion, il est inutilisable pour les traitements numériques de ces signaux. On doit donc en pratique placer en sortie un convertisseur Gray vers binaire. However, if the Gray code is very advantageous from the point of view of conversion, since it limits the conversion errors, it is unusable for the digital processing of these signals. In practice, therefore, a Gray to binary converter must be placed at the output.
Dans un exemple, les niveaux de tension des bits du code Gray délivrés par les comparateurs sont égaux à une tension de référence REF + 125 millivolts et cette tension de référence REF est de l'ordre de 2 à 2,5 volts. Ces niveaux de tension correspondent aux niveaux utilisés en technologie binaire à couplage d'émetteur, noté ECL (Emitter Coupled Logic) en littérature anglo-saxonne. In one example, the voltage levels of the Gray code bits delivered by the comparators are equal to a reference voltage REF + 125 millivolts and this reference voltage REF is of the order of 2 to 2.5 volts. These voltage levels correspond to the levels used in binary technology with emitter coupling, noted ECL (Emitter Coupled Logic) in Anglo-Saxon literature.
On propose ici de placer en sortie du convertisseur analogique/numérique, un convertisseur de code Gray en code binaire en technologie ECL. It is proposed here to place at the output of the analog / digital converter, a converter of Gray code into binary code in ECL technology.
Ce convertisseur code Gray/binaire représenté à la figure 7 comporte principalement six comparateurs 30 à 35 avec registre de mémorisation 40 à 45 et en sortie des registres 41 à 45, cinq-portes logiques XOR 51 à 55. This Gray / binary code converter represented in FIG. 7 mainly comprises six comparators 30 to 35 with storage register 40 to 45 and at the output of registers 41 to 45, five XOR logic gates 51 to 55.
Le registre 40 délivre directement la sortie en binaire
B5, et son complément /B5. Les circuits XOR 51 à 55 délivrent les sorties en binaire B1 à B5, et leurs compléments /B1 à /B5. Register 40 directly delivers the output in binary
B5, and its complement / B5. The XOR circuits 51 to 55 deliver the outputs in binary B1 to B5, and their complements / B1 to / B5.
Les comparateurs avec registre de mémorisation permettent de mémoriser chacun des bits du code Gray G5 à GO. Ils reçoivent le tension de référence REF (Gi =
REF +125mv). Ils délivrent pour chacun des bits Gi, les niveaux logiques gi et leurs compléments /gi.The comparators with storage register make it possible to store each of the bits of the Gray code G5 to GO. They receive the reference voltage REF (Gi =
REF + 125mv). They deliver for each bit Gi, the logic levels gi and their complements / gi.
De manière connue, le bit de poids le plus fort G5 est égal au bit de poids le plus fort B5 en binaire. In known manner, the most significant bit G5 is equal to the most significant bit B5 in binary.
Pour tous les autres bits, la conversion logique consiste à présenter le bit de poids (g5) immédiatement supérieur et son complément (/g5) et le bit à convertir (g4) et son complément (/g4) sur la porte logique XOR (51) pour en déduire le bit correspondant en binaire (B4) et son complément (/B4).For all the other bits, the logical conversion consists in presenting the bit of weight (g5) immediately higher and its complement (/ g5) and the bit to be converted (g4) and its complement (/ g4) on the logic gate XOR (51 ) to deduce the corresponding bit in binary (B4) and its complement (/ B4).
Dans l'exemple représenté, on obtient alors en sortie les bits binaires B5 à BO et leurs compléments /B5 à /BO. On peut alors changer les niveaux de tension pour passer dans d'autres technologies. Par exemple (figure 7), on utilisera un circuit de la technologie
ECL vers la technologie CMOS, c'est-à-dire que l'on va passer d'un niveau de tension compris entre 2 et 2,5 volts à un niveau de tension compris entre 0 et 5 volts.In the example shown, the binary bits B5 to BO and their complements / B5 to / BO are then output. We can then change the voltage levels to switch to other technologies. For example (figure 7), we will use a technology circuit
ECL to CMOS technology, that is to say we will go from a voltage level between 2 and 2.5 volts to a voltage level between 0 and 5 volts.
Ce circuit ne sera pas détaillé plus avant.This circuit will not be detailed further.
De préférence, on utilisera un circuit de conversion Gray/binaire à structure verticale (figure 7) utilisant un signal horloge CK et un générateur de courant 302. Sur le front montant de l'horloge CK, la sortie du générateur de courant est commutée sur le comparateur qui établit les niveaux logiques en sortie. Preferably, a Gray / binary conversion circuit with vertical structure will be used (FIG. 7) using a clock signal CK and a current generator 302. On the rising edge of the clock CK, the output of the current generator is switched to the comparator which establishes the logical output levels.
Sur le front descendant de l'horloge CK, la sortie du générateur de courant est commutée sur les registres de mémorisation qui mémorisent les sorties des comparateurs et ces niveaux mémorisés sont directement convertis en série par les portes logiques. Ainsi, un seul générateur de courant 302 permet de faire toutes les opérations en vertical. Cette structure est particulièrement avantageuse en consommation et aussi en surface puisqu'elle est très dense.On the falling edge of the clock CK, the output of the current generator is switched to the storage registers which store the outputs of the comparators and these stored levels are directly converted into series by the logic gates. Thus, a single current generator 302 makes it possible to do all the operations vertically. This structure is particularly advantageous in consumption and also on the surface since it is very dense.
Dans de nombreuses applications, notamment les applications de traitement de signaux vidéo, les signaux convertis ne sont pas des courants mais des tensions. In many applications, including video signal processing applications, the converted signals are not currents but voltages.
Plus précisément, les signaux de télévision sont des signaux différentiels. Pour utiliser un convertisseur selon l'invention, il faut donc placer devant le convertisseur analogique/numérique, un circuit de conversion de tension différentielle vers un courant bidirectionnel.More specifically, television signals are differential signals. To use a converter according to the invention, it is therefore necessary to place in front of the analog / digital converter, a circuit for converting a differential voltage to a bidirectional current.
Un tel circuit est représenté sur la figure 8. Il comprend un circuit différentiel constitué de deux transistors T6 et T7 dont les émetteurs sont reliés chacun par une résistance RP à un générateur de courant 63. Such a circuit is shown in FIG. 8. It comprises a differential circuit consisting of two transistors T6 and T7, the emitters of which are each connected by a resistor RP to a current generator 63.
Le transistor T6 reçoit sur sa base b6 le pôle négatif V- de la tension différentielle. Le transistor
T7 reçoit sur sa base b7 le pôle positif de la tension différentielle V+.The transistor T6 receives on its base b6 the negative pole V- of the differential voltage. The transistor
T7 receives on its base b7 the positive pole of the differential voltage V +.
Un autre circuit différentiel comprend un transistor T8 et un transistor T9 dont les émetteurs e8 et e9 sont connectés chacun par une résistance RP à un générateur de courant 64. Le collecteur c8 du transistor
T8 est connecté à l'entrée d'un miroir de courant 62. Le collecteur c9 du transistor T9 est connecté à la sortie du miroir de courant 62.Another differential circuit comprises a transistor T8 and a transistor T9 whose emitters e8 and e9 are each connected by a resistor RP to a current generator 64. The collector c8 of the transistor
T8 is connected to the input of a current mirror 62. The collector c9 of the transistor T9 is connected to the output of the current mirror 62.
Entre la base b8 du transistor T8 et la base b9 du transistor T9, est placée une résistance R4. La sortie du convertisseur tension-courant est prise sur la base b9 des transistors T9. Between the base b8 of the transistor T8 and the base b9 of the transistor T9, a resistor R4 is placed. The output of the voltage-current converter is taken on the base b9 of the transistors T9.
Le collecteur c6 du transistor T6 est connecté au collecteur c9 du transistor T9. Le collecteur c7 du transistor T7 est connecté au collecteur c8 du transistor T8. The collector c6 of the transistor T6 is connected to the collector c9 of the transistor T9. The collector c7 of the transistor T7 is connected to the collector c8 of the transistor T8.
La tension VC au noeud de sortie du miroir de courant 62 commande un générateur de courant 65 relié à la base b8 du transistor T8. The voltage VC at the output node of the current mirror 62 controls a current generator 65 connected to the base b8 of the transistor T8.
Enfin un générateur de courant 66 est placé sur la base b8 du transistor T8. Finally a current generator 66 is placed on the base b8 of the transistor T8.
Le principe de fonctionnement est le suivant : les circuits différentiels permettent de recopier la différence 6V = V+ - V- aux bornes de la résistance R4 par le circuit de contre-réaction formé par le deuxième circuit différentiel (T8, T9) et le générateur de courant 66. La résistance R4 est calculée pour passer de la gamme de tension d'entrée à la gamme de courant de sortie. Dans un exemple où 6V varie entre + 500 millivolts et que le courant d'entrée du convertisseur analogique/numérique doit être dans une gamme + 2 milliampères, la résistance sera de 250 ohms (V=RI). On obtient la courbe (1) représentée à la figure 9. The operating principle is as follows: the differential circuits make it possible to copy the difference 6V = V + - V- at the terminals of the resistor R4 by the feedback circuit formed by the second differential circuit (T8, T9) and the generator of current 66. Resistor R4 is calculated to pass from the input voltage range to the output current range. In an example where 6V varies between + 500 millivolts and the input current of the analog / digital converter must be in a range + 2 milliamps, the resistance will be 250 ohms (V = RI). We obtain the curve (1) represented in FIG. 9.
Dans le cas où la tension d'entrée n'est pas dans une gamme symétrique par rapport à zéro, on rajoute un circuit, sur l'un des pôles de la tension différentielle pour remettre cette tension différentielle dans une gamme symétrique. Dans un exemple, on place sur le pôle
V+, un amplificateur en courant 61 connecté en série à une borne de résistance R3. Un générateur de courant Ir est placé en série sur l'autre borne de la résistance.In the case where the input voltage is not in a symmetrical range with respect to zero, a circuit is added on one of the poles of the differential voltage to put this differential voltage back into a symmetrical range. In an example, we place on the pole
V +, a current amplifier 61 connected in series to a resistance terminal R3. A current generator Ir is placed in series on the other terminal of the resistor.
Dans ces conditions, on a un courant Ir qui passe dans la résistance R3 et qui induit une chute de tension
V=R3.Ir. Cette chute de tension se rajoute à la tension portée par le pôle positif. Il s'ensuit que la différence 6V entre V+ et V- est décalée d'autant.Under these conditions, there is a current Ir which passes through the resistor R3 and which induces a voltage drop
V = R3.Ir. This voltage drop is added to the voltage carried by the positive pole. It follows that the difference 6V between V + and V- is shifted by the same amount.
Dans l'exemple où 6V varie entre 0 et 1 volt (courbe (2) figure 9), on choisit une résistance R3 de 2 Kohms et un générateur de courant Ir de 250 ampères. La chute de tension dans la résistance R3 est alors de 500 millivolts, qui se déduisent de 6V. On obtient donc une tension différentielle comprise entre -500 et +500 millivolts comme représentée sur la courbe (1) de la figure 9. In the example where 6V varies between 0 and 1 volt (curve (2) in figure 9), we choose a resistance R3 of 2 Kohms and a current generator Ir of 250 amps. The voltage drop in resistance R3 is then 500 millivolts, which is deduced from 6V. We therefore obtain a differential voltage between -500 and +500 millivolts as shown on the curve (1) in Figure 9.
Le convertisseur tension différentielle/courant bidirectionnel décrit avec sa contre réaction offre une grande précision. Ceci est très important si on ne veut pas perdre des bits de résolution dans la conversion analogique/numérique qui va suivre. La conversion tension/courant doit être la plus linéaire possible. The bidirectional differential voltage / current converter described with its feedback provides great precision. This is very important if we do not want to lose resolution bits in the analog / digital conversion that follows. The voltage / current conversion must be as linear as possible.
Le convertisseur analogique/numérique de l'invention permet ainsi de convertir un courant dans une gamme symétrique directement en code Gray. Des circuits de conversion simples et denses permettent de traduire ce code Gray en code binaire utilisé par les machines de traitement numérique. Des circuits de conversion tension/courant peu complexes permettent de convertir en courant bidirectionnel les tensions analogiques que l'on veut convertir. The analog / digital converter of the invention thus makes it possible to convert a current in a symmetrical range directly into Gray code. Simple and dense conversion circuits allow this Gray code to be translated into binary code used by digital processing machines. Uncomplicated voltage / current conversion circuits convert the analog voltages that you want to convert into bidirectional current.
Le convertisseur lui-même comporte très peu d'éléments : au maximum 6 à 7 étages de connexion de structure simple et des circuits de polarisation en courant et en tension eux-mêmes très simples et très denses. The converter itself has very few elements: a maximum of 6 to 7 stages of simple structure connection and current and voltage bias circuits themselves very simple and very dense.
Dans un exemple de réalisation d'un circuit comprenant un convertisseur de tension différentielle en courant bidirectionnel, le convertisseur analogique/numérique de l'invention et les convertisseurs code
Gray/binaire et binaire ECL/CMOS, ce circuit occupe une surface quatre fois moins importante environ que celles des convertisseurs analogiques/numériques connus. Il permet d'obtenir une résolution de six à huit bits à 10 ou 15 Mégahertzs. In an exemplary embodiment of a circuit comprising a differential voltage to bidirectional current converter, the analog / digital converter of the invention and the code converters
Gray / binary and binary ECL / CMOS, this circuit occupies an area approximately four times less important than that of known analog / digital converters. It provides a resolution of six to eight bits at 10 or 15 Megahertz.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9210693A FR2695523A1 (en) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | Electronic analogue=to=digital converter - uses initial stage to determine sign of input current and subsequent stages to determine Gray Code |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9210693A FR2695523A1 (en) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | Electronic analogue=to=digital converter - uses initial stage to determine sign of input current and subsequent stages to determine Gray Code |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2695523A1 true FR2695523A1 (en) | 1994-03-11 |
Family
ID=9433294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9210693A Pending FR2695523A1 (en) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | Electronic analogue=to=digital converter - uses initial stage to determine sign of input current and subsequent stages to determine Gray Code |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2695523A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0932047A1 (en) * | 1998-01-21 | 1999-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor integrated circuit with pipelined 1-bit current AD convertors |
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-
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- 1992-09-08 FR FR9210693A patent/FR2695523A1/en active Pending
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