FR2580877A1 - Non-linear analogue/digital converter. - Google Patents
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Abstract
Description
CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE NDN LINEAIRE
L'invention concerne un convertisseur analogique numérique non linéaire comprenant, d'une part, un convertisseur linéaire intégré, et d'autre part, pour son utilisation en conversion non linéaire, d'un circuit composé au moins de résistances envoyant une fraction du signal à convertir sur l'entrée de référence du convertisseur.LINEAR NDN ANALOGUE-DIGITAL CONVERTER
The invention relates to a nonlinear digital analog converter comprising, on the one hand, an integrated linear converter, and, on the other hand, for its use in nonlinear conversion, of a circuit composed of at least resistors sending a fraction of the signal. to be converted to the reference input of the converter.
Un tel convertisseur analogique-numérique est connu. L'article publié dans la revue scientifique "IEEE Transactions on nuclear sciences", vol NS 27, N"1, février 1980, page 333, présentant de nouveaux développements sur les convertisseurs en temps et en amplitude, donne quelques exemples d'utilisation de convertisseurs dit "flash'1 utilisés en conversion non linéaire de façon classique, au moyen de résistance ces extérieures qui envoient sur l'entrée de référence une fraction du signal analogique. Cette publication traite d'applications de la conversion analogique-numérique non linéaire en physique des hautes énergies. Such an analog-digital converter is known. The article published in the scientific journal "IEEE Transactions on nuclear sciences", vol. NS 27, No. 1, February 1980, page 333, presenting new developments in time and amplitude converters, gives some examples of the use of converters called "flash'1 used in nonlinear conversion in a conventional manner, by means of resistor these external sending on the reference input a fraction of the analog signal. This publication deals with applications of nonlinear analog-to-digital conversion in high energy physics.
Dans certaines applications telles que- celles utilisant des chambres a fils, le nombre de voies d'acquisition qui peuvent inclure un convertisseur analogique-numérique est très élevé, par exemple de l'ordre de 1000. Dans un autre type d'applications mises en oeuvre pour la détection de photons gamma, de rayons X ou de neutrons ou de positons, on utilise également des systèmes comportant un grand nombre de voies d'acquisition. En particulier les caméras à scintillations utilisées en médecine nucléaire comportent par exemple 61 tubes photomultiplicateurs associés à 61 voies d'acquisition. Dans ce domaine également la tendance est d'introduire un convertisseur analogique-numérique dans chacune de ces voies. In some applications such as those using wire chambers, the number of acquisition channels which may include an analog-to-digital converter is very high, for example of the order of 1000. In another type of applications implemented For the detection of gamma photons, X-rays, neutrons or positrons, systems with a large number of acquisition channels are also used. In particular scintillation cameras used in nuclear medicine comprise for example 61 photomultiplier tubes associated with 61 acquisition channels. In this area also the trend is to introduce an analog-digital converter in each of these channels.
Lorsque l'on désire pour des raisons économiques utiliser dans ces nombreuses voies d'acquisition des convertisseurs analogiques-numériques de relativement faible résolution (par exemple 6 à 8 bits) et que la dynamique d'entrée des signaux à traiter est supérieure à celle du convertisseur, il est indispensable d'effectuer une conversion non linéaire dans chacune des voies d'acquisition. La solution dite classique rappelée ci-dessus présente des inconvénients liés à la reproductibilité et la stabilité de la fonction de transfert non linéaire cherchée, cette fonction dépendant de caractéristiques internes propres au convertisseur. Pour palier à certains inconvénients on doit procéder à des réglages longs et coO- teux. When it is desired for economical reasons to use in these numerous acquisition channels relatively low resolution analog-to-digital converters (for example 6 to 8 bits) and that the input dynamics of the signals to be processed is greater than that of the converter, it is essential to perform a nonlinear conversion in each of the acquisition channels. The so-called conventional solution mentioned above has drawbacks related to the reproducibility and stability of the nonlinear transfer function sought, this function depending on internal characteristics specific to the converter. To overcome some drawbacks must make adjustments long and expensive.
L'invention a pour objet un convertisseur analogique-numérique non linéaire caractérisé en ce qu'antre le circuit utilisé pour la conversion non linéaire et le convertisseur linéaire est inséré un étage d'adaptation d'impédance. L'impédance de sortie de cet étage nettement inférieure à l'impédance du réseau de résistances du convertisseur rend négligeables les variations de ce dernier et permet ainsi d'éviter les dispersions et les instabilités de la fonction de transfert non linéaire. The object of the invention is a nonlinear analog-to-digital converter, characterized in that, apart from the circuit used for the non-linear conversion, the linear converter is fitted with an impedance matching stage. The output impedance of this stage significantly lower than the impedance of the resistor network of the converter makes the variations of the latter negligible and thus makes it possible to avoid dispersions and instabilities of the nonlinear transfer function.
Dans une forme préférentielle de l'invention, l'étage d'adaptation d'impédance est composé d'au moins un amplificateur placé entre au moins une résistance du circuit et une entrée de référence du convertisseur. L'amplificateur a par ces caractéristiques, l'avantage d'apporter au convertisseur analogique-numérique une stabilité en température et une bonne reproductibilité de la fonction de transfert non linéaire sans nécessiter de réglage d'un convertisseur linéaire à l'autre. In a preferred embodiment of the invention, the impedance matching stage is composed of at least one amplifier placed between at least one circuit resistance and a reference input of the converter. The amplifier has these characteristics, the advantage of providing the analog-digital converter temperature stability and good reproducibility of the nonlinear transfer function without requiring adjustment from one linear converter to another.
Dans une forme particulière de l'invention, l'étage d'adaptation d'impédance comprend un deuxième amplificateur placé sur l'entrée du signal analogique à convertir. Cette forme de construction peut titre utilisable lorsque l'ampli ficateur placé à l'entrée de référence du convertisseur engendre un retard non négligeable du signal de référence par rapport au signal analogique d'entrée. In a particular embodiment of the invention, the impedance matching stage comprises a second amplifier placed on the input of the analog signal to be converted. This form of construction can be used when the amplifier placed at the reference input of the converter generates a significant delay of the reference signal with respect to the input analog signal.
Dans une autre forme particulière de l'invention, l'étage d'adaptation d'impédance est intégré sur le substrat semiconducteur du convertisseur linéaire, lorsque celui-ci est lui-m8me intégré. In another particular form of the invention, the impedance matching stage is integrated on the semiconductor substrate of the linear converter, when it is itself integrated.
La description qui suit et les dessins illustrent un mode de réalisation de l'invention. The following description and the drawings illustrate an embodiment of the invention.
La figure 1 donne le schéma de principe de montage d'un convertisseur linéaire utilisé en convertisseur non linéaire, montage connu et couramment utilisé. FIG. 1 gives the block diagram of a linear converter used as a nonlinear converter, known and commonly used assembly.
La figure 2 représente le schéma synoptique d'un convertisseur non linéaire avec un étage adaptateur d'impédance conforme à l'invention. FIG. 2 represents the block diagram of a nonlinear converter with an impedance matching stage according to the invention.
La figure 3 montre le schéma de principe de montage d'un convertisseur linéaire utilisé en conversion non linéaire avec un étage adaptateur d'impédance composé d'un amplificateur. Figure 3 shows the block diagram of mounting a linear converter used in non-linear conversion with an impedance adapter stage composed of an amplifier.
La figure 4 montre le schéma de principe de montage d'un convertisseur linéaire utilisé en conversion non linéaire avec un étage adaptateur d'impédance composé de deux amplificateurs. Figure 4 shows the block diagram of mounting a linear converter used in non-linear conversion with an impedance matching stage composed of two amplifiers.
La figure 5 représente un schéma partiel d'un convertisseur avec un étage adaptateur d'impédance intégré, convertisseur utilisé en conversion non linéaire. Figure 5 shows a partial diagram of a converter with an integrated impedance matching stage converter used in nonlinear conversion.
La figure 1 donne le schéma de principe de montage d'un convertisseur décrit dans l'article publié dans la revue scientifique IEEE Transactions citée ci-dessus. Figure 1 gives the circuit diagram of a converter described in the article published in the scientific journal IEEE Transactions mentioned above.
Le circuit intégré 1 du convertisseur analogique numérique est représenté par un rectangle dans lequel sont seulement schématisés les organes d'entrée du convertisseur. The integrated circuit 1 of the analog-digital converter is represented by a rectangle in which only the input elements of the converter are shown schematically.
Sont représentées, l'entrée 2 du signal analogique et la tension Vi qui lui est appliquée ainsi que l'entrée 3 du signal de référence et sa tension Vref d'entrée, les sorties 4 du si gnal numérique et enfin la mise à la masse 5.Is represented, the input 2 of the analog signal and the voltage Vi applied thereto as well as the input 3 of the reference signal and its input voltage Vref, the outputs 4 of the digital signal and finally the grounding 5.
Sur le circuit intégré 1 est représenté, en exemple, un convertisseur "flash" et un réseau de résistances r formant la résistance intégrée R3, réseau de résistances divisant la tension de référence Vref et la distribuant sur la série des 2N comparateurs 6 dont dépend la résolution du convertisseur. Dans un exemple, une résolution de N = 8 bits, le nombre de comparateurs est de 256. On the integrated circuit 1 is represented, for example, a "flash" converter and a resistor network r forming the integrated resistor R3, resistor network dividing the reference voltage Vref and distributing it on the series of 2N comparators 6 on which depends the resolution of the converter. In one example, a resolution of N = 8 bits, the number of comparators is 256.
Le montage du convertisseur linéaire en convertisseur non linéaire peut hêtre réalisé, par exemple, par l'apport de deux résistances R1 et R2. La résistance Rl est connectée entre l'entrée 2 du signal analogique et l'entrée 3 du signal de référence ; la résistance R2 est connectée alors entre l'entrée 3 du signal de référence et une borne d'alimentation de la tension de référence Vo, alimentation non représentée sur le schéma et appliquant une tension Vo sur un point de connexion de la résistance R2. The linear converter can be mounted in a non-linear converter, for example by providing two resistors R1 and R2. The resistor R1 is connected between the input 2 of the analog signal and the input 3 of the reference signal; the resistor R2 is then connected between the input 3 of the reference signal and a power supply terminal of the reference voltage Vo, power not shown in the diagram and applying a voltage Vo on a connection point of the resistor R2.
Avec un convertisseur comme représenté sur ce schéma, la fonction de transfert H est donnée par la relation,
H + (2N-1) Vi
aVi + Vb dans laquelle,
H est le numéro de canal,
N la résolution du convertisseur analogique-numérique
Vi une tension d'entrée analogique a un coefficient de non linéarité fixé par une valeur de la
résistance R1,
Vb la valeur de la tension Vref de référence lorsque la ten
sion analogique Vi appliquée à l'entrée 2 est égale à zéro.With a converter as shown in this diagram, the transfer function H is given by the relation,
H + (2N-1) Vi
aVi + Vb in which,
H is the channel number,
N the resolution of the analog-to-digital converter
Vi an analog input voltage has a coefficient of nonlinearity set by a value of the
resistance R1,
Vb the value of the reference voltage Vref when the ten
Vi analog voltage applied to input 2 is zero.
Les coefficients a de non linéarité et la tension
Vb prennent la forme suivante a = R3 Vb Rî . R3 Vo
Rl + R3 > R1 + R3 R2
On remarque que la fonction de transfert est dépendante de R3. The coefficients of nonlinearity and the voltage
Vb take the following form a = R3 Vb R1. R3 Vo
R1 + R3> R1 + R3 R2
Note that the transfer function is dependent on R3.
Les résistances intégrées sur un substrat semiconducteur ont l'inconvénient d'avoir un coefficient de température élevé, dont l'ordre de grandeur est de 3000pub, coefficient de température qui entraine une variation prohibitive de la valeur R3 du réseau de résistances, en fonction de la variation de température. La valeur nominale de la résistance R3 pouvant varier d'un convertisseur linéaire à l'autre un ajustement du circuit composé de résistances est nécessaire pour obtenir une fonction de transfert identique d'une voie à l'autre.The resistors integrated on a semiconductor substrate have the disadvantage of having a high temperature coefficient, whose order of magnitude is 3000pub, a temperature coefficient which causes a prohibitive variation of the value R3 of the resistor network, as a function of the temperature variation. Since the nominal value of the resistor R3 can vary from one linear converter to another, an adjustment of the circuit composed of resistors is necessary to obtain an identical transfer function from one channel to the other.
La figure 2 représenta la schéma synoptique d'un convertisseur non linéaire avec un étage adaptateur d'impédance conforme à l'invention. Figure 2 shows the block diagram of a non-linear converter with an impedance matching stage according to the invention.
Entre les résistances R1 et R2 et le convertisseur 1 linéaire est inséré un étage adaptateur d'impédance 7 muni d'une part, de deux entrées 8 et 9 dont l'une reçoit la tension analogique Vi à convertir et l'autre la tension existant entre les deux résistances R1 et R2 et d'autre part, de deux sorties 10 et 11 venant se connecter respectivement sur l'entrée 2 du signal analogique et l'entrée 3 de référence du convertisseur. Between the resistors R1 and R2 and the linear converter 1 is inserted an impedance matching stage 7 provided on the one hand with two inputs 8 and 9, one of which receives the analog voltage Vi to be converted and the other the existing voltage. between the two resistors R1 and R2 and secondly, two outputs 10 and 11 respectively connect to the input 2 of the analog signal and the reference input 3 of the converter.
La figure 3 est un schéma de montage montrant dans un exemple de réalisation conforme à l'invention un étage adaptateur d'impédance composé d'un amplificateur Al placé entre l'entrée 9 et la sortie 11, ainsi l'amplificateur de basse impédance de sortie par rapport à l'impédance des résistances
R3 du convertisseur est connecté sur l'entrée 3 de référence du convertisseur.FIG. 3 is a circuit diagram showing in an exemplary embodiment according to the invention an impedance matching stage composed of an amplifier A1 placed between the input 9 and the output 11, thus the low impedance amplifier of output relative to the resistance impedance
R3 of the converter is connected to the reference input 3 of the converter.
Dans le cas d'un convertisseur possédant plusieurs entrées de référence, il peut être alors monté un étage adaptateur d'impédance composé de plusieurs amplificateurs semblables à l'amplificateur Al, chacun des amplificateurs étant connectés sur une entrée de référence. In the case of a converter having a plurality of reference inputs, an impedance matching stage consisting of several amplifiers similar to the amplifier A1 may be mounted, each of the amplifiers being connected to a reference input.
Avec un convertisseur analogique-numérique conforme à l'invention, les coefficients de la fonction de transfert, tels que la valeur a du coefficient de non linéarité et la valeur Vb de la tension de référence prennent la forme : a g(Al) ≈R2 Vb = q(Al) . R1 . Vo
Dans la relation définissant la fonction de transfert, les ordres de grandeur de l'impédance de l'étage d'adaptation et du réseau de résistance R3 permettent par simplification d'obtenir les valeurs de a et Vb ci-dessus. La fonction de transfert H n'est plus dépendante de la valeur R3 du réseau de résistances intégrées.With an analog-to-digital converter according to the invention, the coefficients of the transfer function, such as the value a of the nonlinearity coefficient and the value Vb of the reference voltage take the form: ag (Al) ≈R2 Vb = q (Al). R1. Vo
In the relation defining the transfer function, the orders of magnitude of the impedance of the matching stage and of the resistor network R3 make it possible, for simplification, to obtain the values of a and Vb above. The transfer function H is no longer dependent on the value R3 of the integrated resistance network.
Les coefficients a et Vb de la fonction de transfert ne dépendant plus alors que des résistances RI et RZ, et du gain g(Al) de l'amplificateur Al ; l'ajustage des valeurs de R1 et R2 en fonction de R3 n'est plus nécessaire. The coefficients a and Vb of the transfer function no longer depend only on the resistors R1 and RZ, and the gain g (A1) of the amplifier A1; the adjustment of the values of R1 and R2 as a function of R3 is no longer necessary.
La figure 4 est un schéma de montage montrant un étage adaptateur d'impédance composé de deux amplificateurs Al et A2. Fig. 4 is a circuit diagram showing an impedance matching stage composed of two amplifiers A1 and A2.
L'amplificateur Al a la même fonction que dans le montage décrit avec la figure 3. Le deuxième amplificateur A2 est connecté entre l'entrée 8 et la sortie 10. I1 se trouve alors placé, dans le schéma du convertisseur non linéaire sur l'entrée 2 analogique dudit convertisseur. The amplifier A1 has the same function as in the assembly described with FIG. 3. The second amplifier A2 is connected between the input 8 and the output 10. It is then placed in the diagram of the nonlinear converter on the analog input 2 of said converter.
L'amplificateur A2, qui peut être de gain égal à 1, a la fonction d'introduire éventuellement un retard égal au retard pris par le signal de référence, lorsque celui-ci est retardé de façon conséquente du fait du temps de transit de 1 'amplificateur Al. The amplifier A2, which can be gain equal to 1, has the function of possibly introducing a delay equal to the delay taken by the reference signal, when it is significantly delayed because of the transit time of 1 Al amplifier.
L'amplificateur A2 permet aussi de réduire de fa çon non négligeable les erreurs dues aux fluctuations de l'impédance d'entrée sur la tension d'entrée analogique. The amplifier A2 also makes it possible to reduce in a significant way the errors due to the fluctuations of the input impedance on the analog input voltage.
La figure 5 est le schéma du convertisseur analogique-numérique utilisé en conversion non linéaire comme représenté sur la figure 4, l'étage adaptateur dtimpédance étant alors intégré sur un substrat semiconducteur. FIG. 5 is the diagram of the analog-to-digital converter used in non-linear conversion as shown in FIG. 4, the impedance adapter stage then being integrated on a semiconductor substrate.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8505953A FR2580877A1 (en) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Non-linear analogue/digital converter. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8505953A FR2580877A1 (en) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Non-linear analogue/digital converter. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2580877A1 true FR2580877A1 (en) | 1986-10-24 |
Family
ID=9318423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8505953A Withdrawn FR2580877A1 (en) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Non-linear analogue/digital converter. |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| FR (1) | FR2580877A1 (en) |
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