FR2717933A1 - Circuit de traitement de signaux comportant un étage d'entrée à gain variable. - Google Patents

Abstract

Les moyens de suppression des transitoires normalement produites par une modification du facteur d'amplification/atténuation de l'étage d'entrée du circuit de traitement selon la présente invention opèrent en changeant simultanément la valeur des variables d'état en proportion directe de la modification du facteur d'amplification/atténuation.

Description

CIRCUIT DE TRAITEMENT DE SIGNAUX COMPORTANT
UN ETAGE D'ENTREE A GAIN VARIABLE
La présente invention concerne très généralement les circuits de traitement prévus pour produire un signal de sortie variable en réponse à une grandeur variable captée ou reçue en entrée. La présente invention concerne plus particulièrement les circuits de traitement qui sont associés à un étage ou à un capteur d'entrée fournissant un signal avec un facteur d'amplification/atténuation variable, et elle concerne notamment les circuits pour le traitement de signaux en amont de l'entrée desquels est placé un circuit à gain variable.

il est classique de prévoir un élément à gain commutable, ou plus généralement à gain variable, en amont d'un circuit pour le traitement d'un signal. Tout le monde connaît notamment l'exemple des volt-mètres à commutation de gamme. D'une manière générale, on a normalement recours à une telle association entre un élément à gain commutable et un circuit pour le traitement d'un signal lorsqu'on désire assurer un rapport signal/bruit constant dans une gamme plus étendue que la gamme dynamique propre du circuit de traitement.

L'utilisation d'un étage à gain commutable en amont d'un circuit de traitement de signaux peut présenter des inconvénients. En effet, avec de nombreux types de circuits, chaque commutation de gamme de sensibilité entraînent l'apparition de valeurs ou d'états transitoires indésirables (ci-après désignés par transitoires) dans le signal fourni en sortie. Ces transitoires liées à un changement de gamme apparaissent systématiquement dès qu'un circuit donné comprend des composants comme des condensateurs ou des bobines qui, par nature, accumulent des "souvenirs1 d'états antérieurs du circuit. Dans ces conditions, on parle de circuits ayant une mémoire, de circuit dépendant de variables d'état ou encore de circuit dont la caractéristique de transfert dépend de variables d'état.

On comprendra, qu'avec les circuits dont la caractéristique de transfert dépend de variables d'états ou, en d'autres termes, avec les circuits ayant une mémoire, le recours à la commutation de gammes n'est possible que si on donne au circuit le temps de se stabiliser, après chaque changement de gamme, avant d'utiliser le signal qu'il fournit en sortie.

Un but de la présente invention est donc de fournir un circuit analogique, dont la caractéristique de transfert dépend de variables d'état, qui soit capable de fonctionner en association avec un circuit à gain variable sans que son signal soit perturbé par des transitoires à la suite de chaque changement dudit gain variable.

Les circuits analogiques ayant une mémoire sont très courants. En effet, Les filtres analogiques les plus courants comportent des composants inductifs ou capacitifs qui gardent la mémoire des états antérieurs, D'autre part, les circuits analogiques les plus précis, comme par exemple les convertisseurs sigma-delta ou les systèmes à verrouillage de phase ou de fréquence (Lock-in), sont basés sur un compromis entre d'une part la précision dans la réalisation de leurs différents composants et d'autre part leur temps de réaction ou leur bande passante.

Dans les amplificateurs Lock-in", en particulier, on met à profit la périodicité connue d'un signal pour réaliser sa détection dans une largeur de bande extrêmement limitée de façon à le distinguer du bruit ambiant. Dans les modulateurs sigma-delta, par contre, une certaine tolérance quant à la précision de réalisation est compensée par le recours au suréchantillonage et à une rétro-action quantifiée qui prend en compte les erreurs passées jusqu'à un certain ordre.

Afin de permettre une meilleure définition de l'objet de la présente invention, il est utile de mieux caractériser la caractéristique de transfert et les propriétés fonctionnelles des circuits ayant une mémoire.

Les caractéristiques fonctionnelles d'un circuit analogique de traitement sans mémoire peuvent être décrites sous la forme d'une combinaison quelconque (éventuellement très complexe) mais fixe de coefficients constants et de quantificateurs. Cette caractéristique de transfert est alors déterminée, et le signal en sortie du circuit à un instant donné est donc déterminé entièrement par la connaissance du signal instantané en entrée.

Dans le cas d'un circuit analogique ayant une mémoire, en revanche, la valeur du signal en sortie ne dépend pas seulement du signal en entrée à un instant particulier, mais également du signal en entrée à d'autres instants antérieurs à cet instant particulier. On peut dire que dans le cas d'un élément de circuit ayant une mémoire, les souvenirs du circuit influencent ses caractéristiques de transfert. En d'autre termes, dans le cas d'un élément de circuit ayant une mémoire, la combinaison de coefficients et quantificateurs qui permet de déterminer la valeur du signal en sortie à partir de la valeur du signal en entrée à un instant donné, est fonction de la valeur du signal en entrée à des instants antérieurs. Un élément de circuit ayant une mémoire sera donc généralement caractérisé, du point de vue fonctionnel, par une combinaison comprenant des coefficients constants et des quantificateurs, mais auxquels s'ajoutent, cette fois, des éléments variables qui gardent la mémoire des instants antérieurs et sont appelés variables d'état. Notons, en particulier, que dans le cas de filtres analogiques, il y aura antant de variables d'état que de pôles.

On peut donc dire que la mémoire d'un élément de circuit est stockée dans des variables d'état. Dans un circuit réel, les éléments qui emmagasinent cette mémoire sont les capacités et les inductances. Les variables d'état d'un circuit seront donc défines par des tensions aux bornes de condensateurs, des courants dans des enroulements ou une combinaison des deux. On remarquera, de plus, que toute capacité et toute induction placées sur le chemin du signal constitue une forme d'intégrateur et que, en conséquence, on peut dire que la mémoire d'un élément de circuit est emmagasinée dans des intégrateurs.

La présente invention atteint le but énoncé plus haut en fournissant un circuit de traitement pour produire un signal de sortie variable en réponse à une grandeur variable captée ou reçue en entrée, ledit circuit de traitement étant associé à un étage ou a un capteur d'entrée fournissant un signal avec un facteur d'amplification/atténuation variable et ledit circuit de traitement présentant en outre des caractéristiques de réponse qui dépendent notamment de variables d'état, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de suppression des transitoires normalement produites par une modification dudit facteur d'amplification/atténuation, lesdits moyens de suppression des transitoires fonctionnant en modifiant la valeur desdites variables d'état en proportion direct de ladite modification du facteur damplification/atténuation.

Grâce aux moyens de suppression des transitoires cidessus, on peut faire varier le facteur damplification/atténuation sans provoquer de transitoires.

De plus, grâce à ce facteur d'amplification/atténuation variable, il est possible de réaliser des circuits dont le régime de fonctionnement est toujours proche de l'optimum aussi bien en ce qui concerne le rappport signal/bruit que la consommation d'énergie. Et celà, quel que soit l'intensité de la grandeur captée ou reçue en entrée.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est le schéma de principe d'un circuit de traitement d'un signal analogique selon la présente invention associé avec un étage d'entrée à gain variable;
la figure 2 est le shéma d'un filtre continu de deuxième ordre passe-bande/passe-bas qui constitue un exemple de circuit de traitement selon la présente invention;
la figure 3 représente les moyens de suppression des transitoires qui selon un premier mode de réalisation particulier de la présente invention sont associés à un des deux condensateurs du filtre de la figure 2;
la figure 4 représente les moyens de suppression des transitoires qui selon un deuxième mode de réalisation particulier de la présente invention sont associés au condensateur 24b du filtre de la figure 2;
La figure 5 est le schéma de principe d'un circuit de traitement selon la présente invention associé à un capteur capacitif.

La figure 1 est le schéma de principe d'un circuit analogique selon la présente invention. La figure 1 comporte essentiellement quatre blocs qui symbolisent respectivement un circuit pour traiter un signal 2, un premier étage d'amplification/atténuation à gain variable 4, une bloc 6 regroupant des moyens de commande du gain et des moyens de suppression des transitoires et, finalement, un deuxième étage damplification/atténuation à gain variable 8 pour redonner au signal son niveau d'origine. Il convient de noter que dans certaines applications, le bloc 8 peut être implicite. Dans le cas d'un multi-mètre, par exemple, c'est l'opérateur qui détermine l'échelle de mesure à considérer en connaissant la position du sélecteur de gamme.

Le principe général de fonctionnement est le suivant. Le signal à traiter est tout d'abord fourni par une ligne 10 à l'entrée du premier étage d'amplification/atténuation 4 qui, en réponse à ce signal, fournit en sortie sur une ligne 12 un signal dont l'amplitude est normalisée. L'étage d'amplification/atténuation 4 est prévu pour être commandé par les moyens de commande du gain. Sur la figure 1, les différentes valeurs que peut prendre le gain sont notées KO, K1,..., Kn. Comme on le verra plus loin, le gain peut prendre soit un ensemble de valeurs discrètes (on parle alors d'un gain commutable), soit varier continûment dans un certain intervalle.

Le signal amplifié par l'étage d'amplification/atténuation est fourni, via la ligne 12, à l'entrée du circuit 2 de traitement du signal. En réponse à ce signal sur son entrée, le circuit 2 fournit en sortie sur une ligne 14 un signal traité. Le traitement apporté au signal peut être de tous les types connus (filtrage, analyse, conversion analogique/numérique, etc.).

On voit encore sur la figure 1 une ligne 16 s'étendant entre un noeud 15 sur la ligne 14 et le bloc 6. Cette ligne 16 sert à appliquer le niveau du signal fourni en sortie du circuit de traitement 2 aux moyens de commande du gain du bloc 6, de façon à permettre à ces derniers de déterminer à quel moment le gain de l @ étage 4 doit être changé. L'homme du métier comprendra qu'au lieu de contrôler le niveau du signal en sortie du circuit de traitement 2, il serait également possible de mesurer le niveau du signal en entrée, du signal en sortie du premier étage 4 ou en tout autre endroit du schéma de la figure 1.

Dans l'exemple de la figure 1, le principe de fonctionnement des moyens de commande du gain 6 est le suivant; si à un moment donné le niveau du signal sur la ligne 16 dépasse une certaine fraction, par exemple 90%, de la dynamique totale du circuit 2 ou si, au contraire, ce niveau tombe en dessous d'une certaine fraction, par exemple 25%, de la dynamique, les moyens de commande du gain réagissent en commandant les deux étages d'amplification/atténuation 4 et 8 de manière à changer leur gain, de façon à ramener le niveau du signal en entrée du circuit de traitement 2 à une valeur aussi proche que possible du maximum admissible par ce dernier.

A cet effet, on voit encore sur la figure 1 deux lignes 18 et 20 reliant les moyens de commande du gain 6 aux deux étages d'amplification/atténuation 4 et 8. les deux lignes 18 et 20 sont destinées à fournir à chacun des étages 4 et 8 un signal de commande en réponse auquel chacun des étages 4 et 8 va changer de gain. Les moyens de commande du gain et les étages d'amplification/atténuation sont prévus pour coopérer de façon à ce que, lorsque le gain du premier étage 4 change dans un rapport donné, le gain du deuxième étage 8 change dans un rapport inverse à celui du premier étage. Un tel arrangement est important lorsque par exemple le signal à traiter est un signal audio que l'on désire filtrer.

Toutefois, comme on l'a déjà dit, le deuxième étage d'amplification/atténuation 8 peut ne pas être explicitement présent comme dans les instruments de mesure déjà mentionnés.

Les éléments de la figure 1 dont le fonctionnement a été décrit jusqu'ici sont connus de l'homme du métier et peuvent être réalisés selon un grand nombre de variantes, et le champ d'application des moyens du suppression des transitoires selon la présente invention, qui vont maintenant être décrits, ne se limite absolument pas à la variante particulière représentée sur la figure 1.

En l'absence des moyens de suppression des transitoires selon la présente invention, si le circuit de traitement d'un signal 2 a une mémoire, son fonctionnement est perturbé chaque fois que le gain de l'étage d'amplification est modifié. Toute commutation du gain produit des transitoires dans le signal de sortie qui rendent ce dernier inutilisable jusqu'à ce que le circuit 2 se soit stabilisé. Dans le cas où le gain du premier étage 4 varie progressivement, on n'observe pas de transitoires à proprement parler dans le signal de sortie mais ce signal contient toutefois une composante indésirable produite par les variations du gain du premier étage 4.

Pour remédier à cet état de fait, le module 6 de la figure 1 comprend encore, selon la présente invention, un séquenceur qui est associé aux moyens de commande du gain, et qui assure, via la ligne 22, la commande des moyens de suppression des transitoires selon la présente invention. Ces moyens de suppression des transitoires seront décrit plus en détails plus loin en relation avec les figures 3 et 4.

Comme on l'a déjà dit dans le préambule de cette description, les moyens de suppression des transitoires sont prévus de manière à modifier les valeurs des variables d'état du circuit de traitement 2 chaque fois que le gain de l'étage d'amplification/atténuation 4 change. De plus. la modification des variables d'état est faite en proportion de la variation du gain du premier étage 4. L'expérience montre, en effet, qu'une telle modification des variables d'état permet de faire disparaître presque entièrement les transitoires et les composantes indésirables dans le signal de sortie du circuit de traitement 2.

Bien que le principe de la présente invention ait déjà été exposé ci-dessus, nous n'avons pas, jusqu'ici, décrit le fonctionnement exact qui permet aux moyens de suppression des transitoires de modifier de façon adéquate les valeurs des variables d'état du circuit de traitement 2. En effet, la forme particulière dans laquelle sont réalisés les moyens de suppression des transitoires dépend de la nature particulière du circuit de traitement 2. Nous allons maintenant décrire, en nous référant à deux exemples particuliers de circuit comportant une mémoire, deux modes particuliers de réalisation des moyens de suppression des transitoires selon la présente invention.

Le circuit représenté schématiquement sur la figure 2 constitue un premier exemple particulier de circuit pour le traitement d'un signal qui est figuré généralement sur la figure 1 par le bloc référencé 2. Le schéma de la figure 2 représente un filtre continu de deuxième ordre passebande/passe-bas utilisant des amplificateurs opérationels à transconductance et des capacités (OTA-C). Ce type de filtre est connu de l'homme du métier. En effet, il est largement utilisé dans des réalisations intégrées analogiques, pour le traitement de signaux.

Le circuit de la figure 2 comporte une ligne d'entrée 12 pour recevoir un signal à filtrer fourni par le premier étage damplification/atténuation (figure 1) et deux lignes de sortie 14a et 14b destinées à être utilisées alternativement pour fournir soit un signal filtré en passe-bas, soit un signal filtré en passe-bande.

On voit sur la figure 2 que le circuit 2 comprend deux condensateurs, de capacité C1 et C2 respectivement, référencés 24a et 24b. Ces condensateurs 24a et 24b sont connectés, chacun, entre un noeud du circuit (référencé respectivement 26a et 26b) et la masse. Comme on le voit sur la figure, les noeuds 26a et 26b sont chacun situés en aval d'un amplificateur (référencés respectivement 28a et 28b). On comprendra du préambule de la description que, dans le circuit représenté ici, ce sont les condensateurs 26a et 26b qui emmagasinent la mémoire du circuit. En conséquence, dans le présent exemple, les variables d'état qui doivent, conformément à la présente invention, être modifiées par les moyens de suppression des transitoires sont les charges respectives des deux condensateurs susmentionnés.

La figure 3 représente un des condensateurs 24a ou 24b de la figure 2 avec les moyens de suppression des transitoires qui, selon la présente invention, lui sont associés.

Les éléments de la figure 3 qui étaient déjà réprésentés sur la figure 2 conservent les mêmes numéros de référence.

Plus précisément, le condensateur 24 de capacité C représente l'un des condensateurs 24a ou 24b, le noeud 26 représente l'un des noeuds 26a ou 26b et l'amplificateur à transconductance 28 représente l'un des amplificateurs à transconductance 28a ou 28b.

Les autres éléments représentés sur la figure 3 font partie des moyens de suppression des transitoires selon la présente invention. Les moyens particuliers de suppression des transitoires décrits dans ce premier exemple sont prévus pour une situation où l'amplitude du signal en entrée du circuit de la figure 2 a préalablement été normalisé par un étage d'amplification/atténuation, dont le gain peut prendre différentes valeurs discrètes ayant entre elles des rapports qui sont des puissances de 2. Dans le présent exemple, ces moyens comportent un condensateur 30, ayant la même capacité
C que le condensateur 24, un amplificateur opérationnel 32 et sept interrupteurs référencés, respectivement, 1, lb, lc,
S1, S2, S3 et S4.

Comme l'homme du métier l'aura reconnu, le montage décrit dans la figure 3 est un montage du type à capacités commutées. Les interrupteurs peuvent être commandés par des signaux de commandes engendrés de façon classique par un séquenceur (déjà mentionné en relation avec la figure 1) répondant lui-même aux signaux de commande produits par les moyens de commande du gain (référencés 6 sur la figure 1).

Les signaux de commande, engendrés par le séquenceur, sont fournis aux différents interrupteurs par des lignes de transmission non représentées.

Les moyens de suppression des transitoires sont donc prévus pour modifier les valeurs des variables d'état par une puissance quelconque de 2. Nous allons d'abord décrire la séquence des commutations qui permettent de diviser par 2 la tension entre les bornes du condensateur 24. Pour diviser la tension entre les bornes du condensateur 24 par une puissance de 2 supérieure à un, il suffit de répéter le processus de division par 2 autant de fois que nécessaire.

Lorsque les moyens de supppression des transitoires selon la présente invention sont inactifs ou, en d'autre termes, lorsque le gain de l'étage d' amplification/atténuation situé en amont du filtre ne change pas, les interrupteurs 1 et lb sont fermés alors que tous les autres interrupteurs sont ouverts.

A l'instant où les moyens de commande du gain envoient un signal de commande pour réduire le gain d'un facteur 2, le séquenceur, commandant les moyens de suppression des transitoires, devient opérant. I1 engendre tout d'abord un premier signal de commande pour ouvrir les interrupteurs 1 eT lb et pour fermer l | l'interrupteur lc et les interrupteurs S1 et S2. Le premier résultat de ces commutations est d'isoler le premier condensateur 24 et son contenu du reste du circuit. De plus, la fermeture de l'interrupteur lc a pour effet de connecter le condensateur 24 entre la sortie et la masse virtuelle de l'amplificateur 32 de sorte que sa charge est, dans un premier temps, maintenue constante.

Finalement, la fermeture des interrupteurs S1 et S2 à pour effet de décharger complètement le deuxième condensateur 30.

Ensuite, le séquenceur envoie un deuxième signal de commande pour ouvrir les interrupteurs lc, S1 et S2 et fermer les interrupteurs S3 et S4 de façon à connecter les deux condensateurs 24 et 30 en parallèle. Dans ces conditions, la moitié de la charge présente dans le condensateur 24 passe dans le condensateur 30 pour égaliser les tensions entre les bornes des deux condensateurs. Ce transfert de charge a pour effet de diviser par 2 la valeur de la variable d'état stockée dans le condensateur 24. Le séquenceur envoie finalement un troisième signal de commande pour remettre les interrupteurs dans leur configuration initiale (tous les interrupteurs ouverts sauf l et lb).

Nous allons maintenant décrire la séquence de commutations utilisée pour doubler la tension entre les bornes du condensateur 24. Comme nous l'avons déjà dit, en l'absence d'un changement du gain, les interrupteurs 1 et lb sont fermés et tous les autres interrupteurs sont ouverts.

A l'instant où les moyens de commande du gain envoient un signal de commande pour augmenter le gain d'un facteur 2, le séquenceur commandant les moyens de suppression des transitoires devient opérant. I1 engendre tout d'abord un premier signal de commande identique au premier signal de commande de la séquence de division par 2 décrite plus haut.

Ce signal de commande a pour effet d'ouvrir les interrupteurs 1 et lb et de fermer l'interrupteur lc. Comme nous l'avons déjà dit, le premier résultat de cette commutation est d'isoler le condensateur 24 et son contenu du reste du circuit. De plus, la fermeture de l'interrupteur lc a pour effet de connecter le condensateur 24 entre la sortie et la masse virtuelle de l'amplificateur 32 de sorte que sa charge est, dans un premier temps, maintenue constante.

Ensuite, le séquenceur envoie un deuxième signal de commande pour fermer les interrupteurs S2 et S3. Dans ces conditions, l'amplificateur opérationel 32 charge le condensateur 30 jusqu'à ce que la tension entre ses bornes soit égale à la tension entre les bornes du condensateur 24.

La capacité du condensateur 30 étant identique à celle du condensateur 24, il contiendra la même charge que ce dernier.

Le séquenceur envoie ensuite un troisième signal de commande pour ouvrir les interrupteurs S2 et S3 et fermer les interrupteurs S1 et S4. Dans ces conditions, les charges contenues dans le condensateur 30 provoquent une modification du potentiel au niveau de l'entrée inverseuse de l'amplificateur 32 qui, en réponse, fournit des charges au condensateur 24 jusqu'à ce que le potentiel de son entrée inverseuse soit de nouveau celui de la masse. Cette dernière opération résulte dans un doublement de la tension entre les bornes du condensateur 24. Le séquenceur envoie finalement un quatrième signal de commande pour remettre les interrupteurs dans leur configuration initiale (tous les interrupteurs ouverts sauf 1 et lb).

Comme on peut s'en rendre compte, dans les cas où, comme dans l'exemple du circuit qui vient d'être décrit, les variables d'état à modifier sont des tensions entre les bornes de condensateurs, il est possible d'avoir recours à une technique de commutation de capacités. Lorsqu'on a recours à une telle technique, le fonctionnement des moyens de suppression des transitoires selon l'invention peut être résumé comme suit:
- à l'instant où un changement de gamme va se produire, découpler tous les composants ayant une mémoire du reste du circuit,
- ensuite changer de façon appropriée la valeur des variables d'état et ensuite,
- finalement, une fois que le changement de gain à l'entrée du circuit est accompli, reconnecter les composants à mémoire au reste du circuit.

Une séquence de commutations comme celle qui vient d'être énoncée peut être effectuée dans un temps beaucoup plus court que la durée des perturbations transitoires qu'on observe en l'absence des moyens de suppression des transitoires selon l'invention. Dans les cas très fréquents où la bande passante du circuit de traitement est suffisamment limitée vers le haut, la coupure produite dans le signal par les moyens de suppression des transitoires pourra même être imperceptible. Dans le cas particulier où le signal à traiter se présente sous la forme d'une modulation d'une porteuse, le changement des variables d'état peut être effectué à l'intérieur d'une ou de plusieurs périodes de la porteuse.

Le mode de réalisation décrit ci-dessus est limité à des modifications de la valeur d'une variable d'état par une puissance de 2. On va maintenant décrire un mode de réalisation des moyens de suppression des transitoires selon la présente invention également apte à être utilisé avec le circuit de la figure 2, mais permettant de changer les valeurs des variables d'état d'un facteur quelquonque compris dans un certain intervale.

La figure 4 représente donc un deuxième mode de réalisation des moyens de suppression des transitoires selon la présente invention. Dans le présent exemple, les moyens de suppression des transitoires sont utilisés pour changer la valeur de la variable d'état associée au condensateur 24b de capacité C2 de la figure 2. Les composants représentés sur la figure 4 qui figurent déjà sur la figure 2 portent les mêmes numéros de référence.

Le circuit de la figure 4 fonctionne grâce à un bloc 35 fournissant en sortie un courant dont l'intensité est égal au produit de l'intensité du courant en entrée par l'amplitude d'un signal de commande. Ce bloc 35 est adapté pour, d'une part, fournir sur sa sortie 60 un courant KI qui est égal à K fois le courant I reçu sur son entrée 50 et, d'autre part, pour assurer que l'entrée 50 reste à la masse. Ce bloc 35 peut être réalisé à la manière présentée à ISCAS 1989 par
Adel S. Sedra sous le titre "the current conveyor; history and progress", et en utilisant un miroir de courant à rapport variable.

Le principe de fonctionnement de ces moyens de suppression des transitoires est simple. Ils comportent deux condensateurs identiques, un premier des deux (par exemple le condensateur 24) remplissant à un moment donné la fonction du condensateur 24b dans le circuit de la figure 2. Lorsqu'on désire modifier la valeur de la variable d'état par un facteur quelconque donné, on décharge le premier condensateur à travers le bloc 35. Le bloc 35 fournit alors, en sortie, une courant dont l'intensité est égale à l'intensité du courant produit par la décharge du premier condensateur multipliée par un facteur K donné. Le courant en sortie du bloc 35 est utilisé pour charger le deuxième condensateur qui, à la fin de loppération, présente entre ses bornes une tension égale à la tension qui éxistait préalablement entre les bornes du premier condensateur multipliée par ledit facteur donné. Une fois cette opération terminée, une commutation permet de coupler le condensateur 24' au circuit dans la position qu'occupait initialement le condensateur 24.

Outre les deux condensateurs identiques référencés 24 et 24' et le bloc 35, le circuit de la figure 4 comporte un interrupteur 1 qui correspond à l'interrupteur 1 de la figure 3 et une série de paires d'interrupteurs Sla, Slb,
S2a, s2b, S3a, S3b, S4a, S4b, S6a, S6b, S7a et S7b. Le condensateur 24 est associé aux interrupteurs Sa alors que le condensateur 24' est associé aux interrupteurs Sb. Une résistance 37 est finalement montée en entrée du multiplicateur 35 pour freiner la décharge du condensateur lors de la modification de la valeur de la variable d'état.

En l'absence d'un changement de gain de l'étage d'amplification/atténuation, l'interrupteur 1 est fermé.

Nous supposerons ici qu'avant le changement de gain, c'est le le condensateur 24 qui était relié au filtre, Dans ces conditions, l'interrupteur Sla est fermé et l'interrupteur
Slb est ouvert. De plus les interrupteurs S3a, S4a, S6a et
S7a sont également ouverts alors que l'interrupteur S2a est fermé. Notons encore que les interrupteurs S2b et S7b sont fermés pour maintenir le condensateur 24' entièrement déchargé et que les interrupteurs S3b, S4b et S6b sont ouverts.

A l'instant où les moyens de commande du gain envoient un signal de commande pour modifier le gain d'un facteur donné, le séquenceur commandant les moyens de suppression des transitoires devient opérant. Il engendre, d'une part, une premier signal de commande pour ouvrir l'interrupteur 1 et découpler le condensateur 24 du reste du circuit et d'autre part il transmet au bloc 35 un signal correspondant au facteur don

Précisons finalement, qu'avec ce dernier mode de réalisation, il est nécessaire de prévoir dans la logique commandant les moyens de suppression des transitoires un moyen pour mémoriser lequel des deux condensateurs 24 et 24' est couplé avec le circuit à un moment donné. En effet la séquence de signaux de commande produite par le séquenceur au moment d'un changement de gain n'est pas la même selon que c'est le condensateur 24 ou le condensateur 24' qui est couplé au circuit.

La figure 5 montre un autre exemple d'application de la présente invention. Le dispositif représenté de façon schématique sur la figure 5 est prévu pour fournir en sortie un signal variable en réponse à une grandeur variable captée en entrée par un capteur qui dans le présent exemple est de type capacitif.

En se référant à la figure 5, on voit que le dispositif comporte tout d'abord un capteur capacitif à deux condensateurs 110. La sortie du capteur 110 est reliée à l'entrée d'un circuit de traitement et d'interface 120 qui peut typiquement être constitué par un modulateur Sigma
Delta passe-bande. Le modulateur Sigma-Delta 120 fournit un train de bits modulé en densité d'impulsions. Ce train de bits est fourni à un module de détection synchrone numérique 130 piloté par un signal base de temps fourni sur une ligne 180 par une horloge 160. Le module 130 fournit en réponse un signal numérique qui constitue le signal de sortie du dispositif. Le train de bits produit par le circuit de traitement 120 est également fourni à un module 140 qui fonctionne essentiellement comme un filtre passe-bas pour produire un signal de sortie analogique à partir du signal modulé en densité d'impulsions. Dans l'exemple représenté sur la figure 5, le signal analogique produit par le module 140 est encore transmis par une ligne 170 au capteur 110 de manière à constituer une boucle de rétroaction pour, par exemple, maintenir le capteur dans un état d'équilibre.

Le capteur capacitif 110 peut, de façon connue, être du type comprenant deux condensateurs et dans lequel une lame conductrice mobile constitue une armature mobile commune pour les deux condensateurs. Avec un tel arrangement, tout déplacement de la lame mobile se traduit par une variation des capacités respectives des deux condensateurs. Cette variation des capacités des deux condensateurs est mesurée typiquement en plaçant respectivement les armatures fixes des deux condensateurs à deux potentiels imposés de même valeur mais de signes opposés, et en mesurant soit la charge soit le potentiel sur la lame mobile. I1 est à noter qu'avec un tel arrangement l'intensité du signal de mesure, ou autrement dit la sensibilité du capteur, est proportionnelle au module du potentiel imposé aux armatures fixes.

Les dispositifs correspondant à la partie du schéma fonctionnel de la figure 5 qui a été décrite jusqu'ici peuvent être réalisés avec des éléments connus. Un exemple particulier d'un tel dispositif est le dispositif de mesure d'une force décrit dans le document EP 0 590 658. Toutefois, il pourrait être particulièrement avantageux d'utiliser un modulateur tel que celui décrit dans l'article intitulé "A
Fourth-Order Bandpass Sigma-Delta Modulator" de Stephen A.

Jantzi et al. et paru dans la revue IEEE Journal of Solid
State Circuits, Vol. 28, No. 3, March 1993.

Pour permettre d'utiliser le dispositif qui vient d'être décrit dans des conditions où la dynamique du capteur 110 est plus étendues que la gamme dynamique propre du circuit de traitement 120, il est possible d'avoir recours à une technique de variation commandée de la sensibilité du capteur. Cette technique correspond tout à fait à la technique de variation commandée du gain décrite en relation avec l'exemple de la figure 1. Pour faire varier la sensibilité du capteur capacitif, il suffit, conformément à ce qu'on a déjà dit, de faire varier la tension imposée sur les armatures fixes du capteur.

A cet effet, le dispositif de la figure 5 comporte encore un module 150 qui remplit les mêmes fonctions que les moyens représentés par le bloc 6 sur la figure 1. Le module ou bloc 150 contrôle le niveau en sortie du circuit de traitement 120 à l'aide de la ligne 154 de manière à déterminer à quel moment la sensibilité du capteur 110 doit être changée. On voit encore sur la figure 5 une ligne de commande 156 qui permet au bloc 150 de commander un bloc 100 qui est prévu pour fournir les deux potentiels de référence pour les armatures fixes du capteur capacitif 110.

Si le circuit de traitement 120 comporte une mémoire, les variations provoquées de la sensibilité du capteur vont, comme dans le cas du dispositif de la figure 1, provoquer lappariton de transitoire. Selon la présente invention, le dispositif de la figure 5 comprend des moyens de suppression des transitoires (symbolisés par la ligne 190) qui peuvent être réalisés de manière tout à fait analogue à ceux qui ont été décrit en faisant référence à la figure 3 ou à la figure 4.

L'homme du métier comprendra donc que le champ d'application de la présente invention ne se limite pas aux circuits comportant un étage d'entrée à gain variable mais qu'il s'étend généralement à tous les dispositifs dans lesquels l'amplitude d'une grandeur captée en entrée peut varier de façon prévisible et dont la variation a un effet comparable à un changement de gain. De façon générale, on pourra également dire que l'invention reste applicable lorsque l'amplitude du signal subit des changements, prévisibles ou détectables, assimilables à un changement de gain par suite dune perturbation, de changement des caractéristiques des circuits de traitement, etc.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Circuit de traitement (2,120) pour produire un signal de sortie variable en réponse à une grandeur variable captée ou reçue en entrée, ledit circuit de traitement étant associé à un étage ou a un capteur d'entrée (4,110) fournissant un signal avec un facteur damplification/atténuation variable et ledit circuit de traitement présentant en outre des caractéristiques de réponse qui dépendent notamment de variables d'état, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (fig.3,fig4) de suppression des transitoires normalement produites par une modification dudit facteur d'amplification/atténuation, lesdits moyens de suppression des transitoires fonctionnant en modifiant la valeur desdites variables d'état en proportion directe de ladite modification du facteur d' amplification/atténuation.

2. Circuit de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit est un filtre.

3. Circuit de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit est un modulateur passebande sigma-delta.

4. Circuit de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de suppression des transitoires comprennent un élément de circuit à capacités commutées commandé par un séquenceur.

5. Circuit de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de suppression des transitoires comprennent un multiplieur prévu pour multiplier un courant par l'intensité d'un signal correspondant au facteur par lequel on modifie le gain dudit étage d'entrée.

6. Circuit de traitement selon la revedication 1, caractérisé en ce que les moyens de supression des transitoires (fig.3) sont prévus pour modifier les valeurs des variables d'état dans des rapports prédéterminés.

7 Circuit de traitement selon la revedication 1, caractérisé en ce que les moyens de supression des transitoires (fig.4) sont prévus pour changer les variables d'état d'un facteur quelquonque.

8. Circuit de traitement d'un signal analogique prévu pour produire un signal de sortie variable en réponse à un signal d'entrée variable, comportant un étage d'entrée d'amplification/atténuation à gain variable, les caractéristiques de réponse dudit circuit dépendant entre autre de variables d'état, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de suppression des transitoires normalement produites par une modification du gain dudit étage d'entrée, lesdits moyens de suppression des transitoires fonctionnant en modifiant la valeur desdites variables d'état en proportion directe de ladite modification du gain.