CA1160726A - Dispositif pour amplifier et echantillonner des signaux multiplexes - Google Patents

Abstract

Appareil pour amplifier et échantillonner des signaux analogiques multiplexés, constitué par une chaîne continue d'amplification comportant plusieurs éléments d'amplification interconnectés en série dont les gains peuvent être affectés sélectivement de plusieurs valeurs prédéterminées au moyen d'interrupteurs et d'un dispositif pour engendrer des tensions électriques dépendant du sens de la tension de dérive ou de bruit issue de la chaîne d'amplification et pour appliquer des tensions de correction, un dispositif de mémorisation des tensions amplifiées et des dispositifs de commutation pour appliquer les signaux multiplexés ou les tensions mémorisées à un élément d'amplification. L'appareil est caractérisé en ce que le dispositif de mémorisation des tensions amplifiées comporte plusieurs échantillonneursbloqueurs dont les entrées sont connectées en permanence respectivement aux sorties de tous les éléments de la chaîne d'amplification, et en ce qu'il comporte un dispositif de sélection adapté à choisir les interrupteurs pour la sélection des gains des éléments d'amplification et le dispositif de commutation appropriés, en fonction de la comparaison entre la seule tension de sortie de la chaîne continue d'amplification et deux tensions de référence positive et négative et à commander lesdits interrupteurs et le dispositif de commutation sélectionnés ainsi que le dispositif d'échantillonnage et de blocage, afin de donner à la chaîne continue d'amplification un gain optimal.

Description

2 ~

L'invention a pour ob~et un dispositi~ pour amplifier et échantillonner des signaux analogiques multiplexés à grande dynamique, c'est-~-dire dont le niveau est susceptible de grandes variations.
Le dispositlf selon l'invention est partlculierement adapté ~ être lncorporé dans une chalne d'acquisition de données sismiques entre un multiplexeur et un convertisseur analogique-numérique.
Suivant un procédé connu, les signaux sismiques provenant de chaque géophone ou groupe de géophones sont directement acheminés jusqu'aux entrées d'un multiplexeur analogique après une amplification préalable dans un préampli-ficateur à gain fixe. La sortie du multiplexeur o~ sont dispo-nibles les signaux successifs représentant les échantillons est connectée a un amplificateur unique constitué par une chalne d'éléments amplificateurs disposés en série, la sortie de chacun d'eux étant connectée a l'entrée du suivant, Le gain de chaque élément amplificateux est fixe et choisi de préférence égal à une puissance entiere du nombre deux.
Comme la variation d'amplitude de deux échantillons successifs quelconques peut etre très grande, un organe de sélection choisit le nombre d'unités d'amplification que doit traverser chaque signal pour atteindre un niveau optimal et commute la sortie de l'élément amplificateur o~ ce signal est disponible sur l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique, lequel est connecté à un système d'enregistrement. Sui~ant une première variante,décrite par exemple dans le brevet français n 2 110 758, tous les élements d'amplification ont un gain identique. Suivant une seconde variante, les gains des dif-férents éléments amplificateurs de la cha~ne sont différents les uns des autres et leurs valeurs sont choisies parmi les puissances successives du nombre 2. Un exemple de réalisation ~ ~ &~;'26 est décrit dans la demande de hrevet français n 2 373 91~
qui concerne un amplificateur constitué par n étages, la va-leur du gain d'un etage d'amplification quelconque étant egale au carre de la valeur du yain de l'etage d'amplification precedent.
Les amplificateurs constitues par une serie d'ele-ments d'amplification interconnectes en serie presentent de nombreux inconvénients:
- ils sont relativement lents car les retards apportés par les différents éléments d'amplification traversés par les signaux sont cumulatifs;
- les effets de la lenteur relative de la réponse de chaque élément amplificateur en régime impulsionnel, caractérisée par son temps de montee en tension, cumulés sur toute la chalne d'éléments connectés en série, contribuent à limiter la rapi-dité globale de réponse de l'amplificateur;
- la durée de l'étape de choix de gain que doit effectuer l'organe de sélection pour choisir la sortie de l'étage o~
l'amplitude de l'échantillon amplifié est optimale, est d'au-tant plus grande que la chalne d'amplification est pluslongue;
- si on choisit d'augmenter le gain de chaque étape~ afin de raccourcir la chalne d'amplification,. il devient nécessaire d'utiliser un convertisseur analogique-numérique capable de traiter des mots numériques plus longs, si l'on veut conserver une précision identique;
- on peut mentionner également la saturation des éléments am-plificateurs qul risque de se produire lors du passage d'un échantillon d'amplitude faible a un autre dont la valeur est nettement supérieure~
En outre, un inconvénient des cha~nes d'acquisition de données comportant un multiplexeur en tete, réside dans " ~ 3 &~'~26 le fait que, pour mémoriser la valeur de l'echantillon pendant la duree de l'operation du choix du gain, on doit utiliser un element de memorisation couramment appele echan-tillonneur-bloqueur, dispose en amont de l'amplificateur et, par consequent, operant sur des signaux à grande dynamique, donc pouvant memoriser aussi bien des signaux forts que des signaux faibles. Or, on sait qu'un inconvenient inhérent aux échantillonneurs-bloqueurs utilisés dans la pratique réside dans le fait qu'ils ne permettent pas de mémoriser successive-ment deux échantillons sans qu'il y ait interaction de l'unsur l'autre (diaphonie) et que la valeur mémorisée de llampli-tude d'un échantillon n'est, par conséquent, pas indépendante de la valeur memorisée de l'amplitude de l'echantillon précé-dent. Les erreurs dues à la diaphonie etant appliquees à
l'entree de l'amplificateur, peuvent se trouver amplifiees avec un gain egal au gain maximal de la chaIne d'amplification. De plus, les echantillonneurs-bloqueurs sont, en general, consti-tués par un condensateur de mémorisation et deux eléments d'amplification tampons qui viennent allonger la chaine d'ampli-fication. De ce fait, cinq ou six elements d'amplification auminimum sont necessaires pour constituer un amplificateur.
Le dispositif selon l'invention permet d'eviter les inconvenients ci-dessus mentionnes.
Plus particulièrement, la presente invention concerne un dispositif pour amplifier et echantillonner des signaux analogiques multiplexes, constitué par une chaine continue d'amplification comportant plusieurs éléments dlamplification interconnectés en série dont les gains peuvent etre affectés sélectivement de plusieurs valeurs prédéterminées au moyen d'interrupteurs et de mo~ens pou.r engendrer des tensions électriques dépendant du sens de la tension de dérive ou de bruit issue de la chaIne d'amplification et pour appliquer des ? ~

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tensions de correction, des moyens de mérnorisation des tensions amplifiees et des moyens de commutation pour appliquer les signaux multiplexes ou les tensions memorisées à un élément d'amplification. Ce dispositif est caractérisé en ce que les moyens de memorisation des tensions ampliflees comportent plusieurs echantillonneurs-bloqueurs dont les entrées sont - connectees en permanence respectivement aux sorties de tous les elements de la chaine d'ampliEication, et en ce qu'il comporte des moyens de selection adaptés à choisir les interrupteurs pour la selection des gains des elements d'amplification et les moyens de commutation appropries, en fonction de la comparaison entre la seule tension de sortie de la cha1ne continue d'ampli-fication et deux tensions de reference positive et négative et à commander les interrupteurs et moyens de commutation sélec-tionnes ainsi que les moyens d'echantillonnage et de blocage, afin de donner à la chaine continue d'amplification un gain optimal.
Suivant un mode prefere de realisation, on utilise ` seulement deux elements d'amplification dont le gain est sus-ceptible de prendre plusieurs valeurs predeterminees au plus egales à 16 et l'on obtient cependant toutes les valeurs de gain comprises entre 1 et 164 par utilisation d'une se~uence d'amplifications appropriee qui sera decrite ci-après. On evite ainsi l'utilisation d'une longue chalne d'elements d'amplifica-tion disposes en serie ou d'une chalne plus courte d'amplifica-teurs à gain eleve associees a un convertisseur plus complexe.
Selon une caracteristique, l'utilisation de moyens d'echantil-lonnage et de blocage connectes respectivement à la sortie des elements d'amplification de la chalne, don-t les sorties peuvent être selectivement connectees a l'entree de l'un des elements d'amplification, permet d'eviter l'utilisation d'un echantillon-neur-bloqueur dispose en tête et connecte en serie avec les .~ ~ 4 -1 1 6072~

elements d'amplification.
Selon une autre caracteristique, le dispositif de l'invention permet egalement de minimiser l'influence des erreurs dues aux phénomenes de diphonie entre echantillons successifs.
D'autres caracteristiques et avantages apparaItront à la lecture de la description d'un mode de réalisation parti-culier et non limitatif de l'invention et en se référant aux ---dessins annexes sur lesquels~

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~ ~ &'~

- la figure 1 represente schematiqueme~t l'ensemble du dis~
positif d'amplification et d'echantillonnage selon llinvention - la figure 2 représente un diagramme de selection des gains imposés aux éléments d'amplification, au cours de chaque sé~
quence d'amplification d'un échantillon de signal analogique~
- la figure 3 represente les chronogrammes de si~naux engen-dres par les moyens de selection durant la phase de mesure cyclique des dérives affectant la cha~ne d'ampli~ication.
Le dispositif d'amplification et d'échantillonnage de signaux est connecte, par exemple, à la sortie d'un ~ulti-plexeur 1 (figure 1). Ce dispositif comporte une chalne d'amplification constituee par un amplificateur operationnel d'isolement ou amplificateur-tampon Ao dont le gain est sen~
siblement égal ~ l'unite. Son entrée non inverseuse est connectee à la sortie du multiplexeur 1 et sa sortie est con-nectee, par l'intermediaire d'un commutateur ou interrupteur SO à l'entree non inverseuse d'un premier element d'a~plifi-cation constitue par un amplificateur operationnel Al. La sortie de l'amplificateur Al est connectée à la masse par l'intermédiaire de trois resistances en série Rll, R12 et R13.
L'entrée inverseuse de l'amplificateur Al est connectee a la sortie de celui-ci par un interrupteur Igll, au point d'inter-connexion des résistances Rll et R12 par un interrupteur Igl4 et au point d'interconnexion des résistances R12 et R13 par un interrupteur Igll6. Les trois résistances Rll, R12, R13 et les trois interrupteurs Igll, Igl4 et Igll6 constituent un reseau de contre-réaction classique permettant de donner à l'amplificateur Al soit un gain unite, soit un gain de quatre, soit un gain de seize. La sortie de l'amplificateur A est connectee à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel A2 constituant le second élément d'amplification, dont la sortie est connectee à la masse par trois resistances 7 ~ ~;

R21, R22, R23 connec-tées en série~ L'en.t~ée i~e~seuse de l'amplificateur A2 est connectée a la sortie de celui~ci par un interrupteur Ig2l, au polnt d~interconnexion des resistances R2l et R22 par un interrupteur Ig22 et au point d'interconne~ion des résistances R22 et R23 par un inter~
rupteur Ig2l6. De la même manière, les résistances R2l, R22, R et les interrUpteurs Ig21~ Ig22 et I~216 réseau de contre-réaction adapté a donner au gain de l'ampli-ficateur A2 soit la valeur un, soi~ la valeur deu~, soit la valeur seize. La sortie de l'anipli~icateur A2 constitue la sortie S de la chalne d'amplification. Les sorties des éle-ments d'amplification Ao~ Al et A2 sont respectivement con-nectees aux entrees de trois circuits d'échantillonnage et de blocage SHl, SH2, SH3 d'un t~pe connu, i~clus par exem~le dans des circuits intégrés fabriqués par P.M.I. sous ~a re~é-rence SMP ll et par National Semi Conductor sous la référen.ce LF 198. Ces références ne sont bien entendu pas limitati~es.
Ces circuit,s d'échantillonna~e et de blocage SHl, SH2, SH3 comportant chacun deux amplificateurs al et a2, intercon~ectés en série par l'intermédiaire d'un interrupteur I, ont u~e premiere borne à laquelle on connecte une borne d'un conde~-.sateur de mémorisation (respectivement Cl, C2~ C3?, dont l'autre borne est connectée ~ la masse, et une seconde borne permettant l'application d'un signal Se produit par les mo~ens de sélection, qui commande la mémorisation intermittente, dans les condensateurs Cl, C2, C3, respecti~ement, des va~eurs prises par les tensions de sortie des élémenks d'ampli~ication Ao~ Al, A2 au début de chaque séquence d'ampllfication.
Les sorties des circuits SHl, SH2, SM3 s~nt connectées respec~
tivement par l'intermédi~ire de résistances 14, I5, 16 de valeur Rl et d'interrupteurs ou commutateurs Sl, S2, S3 a l'entrée non inverseuse de l'élément d'ampli~ication Al.

'~ ~ & ~ f~

L'ensemble des commutateurs S0, Sl, S2, S3 constitue les moyens de commutation. L'utilisation d'echantillonneurs-bloqueurs realises sous la forme de circuits complexes est très avantageuse en ce que:
- les condensateurs Cl, C2, C3 ne sont pas charges directe ment par les elements d'amplification Ao~ Al et A2 mais par des amplificateurs separateurs al commandes en tension.
On evite ainsi les retards cumulatifs affectant le temps de reponse d'elements d'amplification interconnectes en serie lorsqu'ils doivent debiter directement dans des con-densateurs de memorisation;
- les condensateurs Cl, C2 C3 sont isoles des commutateurs Sl, S2, S3 par des amplificateurs a2 qui e~itent l'influence de ces commutateurs sur les tensions memorisees.
La sortie de l'element d'amplification A2 est con-nectee à l'entree non inverseuse d'un comparateur 2 dont l'entree inverseuse est connectee à la masse. La sortie du comparateur 2 est connectee aux entrees de commande d'ele-ments de memorisation constitues en l'occurrence de trois basculeurs bistables 3, 4, 5 actionnes sur leur borne d'entree (D). Les tensions disponibles aux sorties refe-rencees (Q) de ces trois basculeurs alimentent respective-ment trois elements d'integration ou integrateurs 6, 7, 8 constitues chacun, d'une manière classique,par un amplifi-cateur operationnel (9, 10, 11 respectivement) associe à
un circuit passif R, C, l'entree inverseuse de chaque ampli-ficateur etant connectee à la sortie de celui-ci par l'inter-mediaire d'un condensateur de ~aleur C (17, 18, 19 respec-tivement) d'une part et à la sortie (Q) du basculeur corres~
pondant (3, 4, 5) par l'intermédiaire d'une resistance de valeur R (20, 21, 22 respectivement) d'autre part. Pour une raison pratique, tenant au fait que les basculeurs sont alimentes par une tension ~ ~lo~s que les a~p~ificateu~s utilises dans le dispositif so~-t alimentes pax deux ~ensio~s symetriques -~ ~ et - V, le point de connexion des ele~ents R et C (17 et 20, 18 et 21, 19 et 22 respectivement) est relie au circuit d'alimentation négati~e (-~) par une resis-tance de valeur 2 R (23, 24, 25 respectivemen.t). Les entrees de commande (CK) respectives des basculeurs 3, 4, 5 reçoive~t des slgnaux impulsionnels de validatlon Hl, H2, H~ prodults par un ensemble de selection (12). Les signau~ Ul, U2 disponibles respectivement aux bornes de sortie des integrateurs 6 et 7 sont appliques respectivement au point d'interconnexian du commutateur Sl et de la résistance 14 et au point d'inter-connexion du commutateur S2 et de la resistance 15, par l'intermediaire respectivement de resistances 26, 27, de valeur R2. Le signal U3 disponible a la borne de soxtie de l'intégrateur 8 est appliqué a l'entrée inYerseuse de l'amp~i-ficateur d'isolement ~0 par l'intermédiaire d'une résistance 31 de valeur R3. Le point d'inerconnexion du commutateur S3 et de la resistance 16 est connecte a la masse par une xesis~
tance 28 de valeur R2. L'ensemble du comparateur (2) et des basculeurs (3, 4, 5) constituent des moyens de commande des intégrateurs.
La sortie de l'élément d'amplification ~2 est connectée à l'entrée d'un élément de comparaison 13 d'un type connu comportant, par exemple,deux amplificateurs de com-paraison A3, ~4 adaptés a comparer la tension de sarti`e ~S de la chaine d'amplification avec deux tensions de réfe~ence de même valeur absolue, l'une positive VR~, l'autre negati~e VR . Les sortie des amplificateurs de comparaison ~3, ~4 sont connectees aux entrees d'une porte OU 29. Le signal KP délivré par cette porte est dif~erent selon que le signal de sortie de la chaIne est compris entre les deux tensions 7 ~ ~

de referance symetriques V~ R ~ ou est superieux ~ VR~ ou inferieur à VR . Par convention, le signal KP aura la valeur logique 1 lorsque ~V ~ > ~V ~ et la valeur logique 0 lorsque ~Vs~ ~ ~V ~ , ~V~ etant la valeur absolue commune des ten-sions VR+et VR_.
L'ensemble de selection 12 est connecte à un element horloge 30 adapte à engendrer les impulsions cycliques Mol Ml, M2 ... M7 definissant des instants decales les uns par rapport aux autres, ansi qu'à la sortie de l'element de comparaison 13 delivrant le signal de commande KP. L'ensem-ble de selection 12, constitue d'elements logiques intercon-nectes, est adapte à engendrer les signaux de commande des interrupteurs Igll à Ig116 et Ig21 à Ig216' S0 à S3, des moyens d'echantillonnage et de blocage SHl, SH2, SH3 et des basculeurs 3, 4, 5 du dispositif, en accord avec le diagramme de selection de la figure 2 et les ensembles de fonctions logiques Eo à E4 définies ultérieurement. Il est egalement adapte à memoriser les valeurs, exprimees en chiffres binaires, du gain applique à chacun des echantillons successifs et à les delivrer sur quatre sorties gO, gl, g2, g3 de poids binaires respectifs 1, 2, 4 et 8. L'element de com-paraison 13, l'ensemble de selection 12 et l'element-ho~loge constituent les moyens de sélection.
Le fonctionnement, décrit ci-après, du dispositif d'amplification et d'échantillonnage commandé par l'ensemble de selection 12 est illustre par le diagramme de sélection de la figure 2. Chaque cycle d'amplification d'un echantil-lon de signal comporte:
- une etape préalable Eo d'échantlllonnnage où l'on applique respectivement aux moyens d'échantillonnage et de blocage SHl, SH2 et SH3 des tensions correspondant à la tension d'entrée à laquelle sont appliqués respectivement les gains d'amplifi -~&~

cation l, 16 et 256;- quatre etapes ulterieures El, E2, ~3 et ~4 de ~emoris~tion et d'application selective de l'une des tensions ~e~orisees à l'ensembla des éléments d'amplification ~l' A2. ~u cours de ces quatre étapes, on choisit le gain ~ appli~uer a ces deux éléments d'amplification pour obtenir une tension de sortie optimale compatible avec ~e niveau ma~imal re~uis pa~
les éléments situés en aval (convertisseur analogi~ue-numé-rique par exemple).
Dans la suite de la description, on désignera le signal de commande d'un quelconque commutateur S (S0 à S3) ou interrupteur Ig (Ig1l à Ig216) Par: ~S~ ou ~Ig~ muni de la référence numérique appropriée. ~ors~ue ce signal au~a la valeur logique l, le commutateur ou interrup~eur ~u'il commande sera fermé. Inversement, la valeur logique 0 correspondra à son ouverture. On rappelle ~ue, par con~ention, ~KP~ = l signifie que ~S~ et que ~KPJ = ~ signifie que [Vs7 ~ ~V~ -Le fonctionnement du dispositif peut etre détaillé
de la manière suivante L'objectif étant de donner au signal échantil~onné
le degre d'amplification permettant de l'amener ~ une tension comprise dans un intervalle choisi ~ l'avance (VR_ ~ ~R~) ' le traitement des echantillons se fera par etapes successives, comme SUlt:
Etape Eo (cf. figure 2) - on commute le multiplexeur 1 sur une voie de reception determinee;
- on procede a l'echantillonnaye. L'ensemble de selection 12 commande la ~ermeture du commutateur SO et des inter-rupteurs Igll6 a Ig2l6 et engendre le signal Se pour commander, par la fermeture des interrupteurs I, l'echantillonna~e des 2~

signaux disponibles aux sorties des éléments d'amplifica-tion Ao~ Al, A2 L'étape Eo peut etre résumée par les équations logiques suivantes:

oJ' L~g~ g2~ so~ = 1 se = 1 l~gl~7 ~Igl~7 ~g2~;7 = l~g2 ~ S ~ = o Etape El - on procède à une première comparaison du signal de sortie Vs avec les tensions de référence VR+ et VR et le signal KP
prend la valeur KPo puis l'ensemble de sélection 12 commande la fermeture de l'interrupteur Ig21, l'ouverture du commuta-teur S0 et impose par le signal Se qui déconnecte les échan-tillonneurs SHl, SH2, SH3 des sorties des amplificateurs Ao~ Al, et A2, la mémorisation des tensions de sortie des amplificateurs Aol Al et A2, dans les condensateurs Cl, C2 et C3. Les valeurs logiques des signaux ~S ~ et ~S ~
commandant les commutateurs S2 et S3 dépendent de la valeur logique ~KP7 du signal KP issu du comparat~ur. Par conven-tion, on designe par ~KP~ le signal logique complementairedu signal fKP7.
Ces operations constituent l~etape El qui peut etre résumee par les equations logiques suivantes:

r tIg2 ,;;7 J ~s~7 = se = ~rsl~ = LIg2~7 ~Ig21~ l~gl~7 ~Igll~ s 3 KP o7 ~Igl ~ - ~S2; = ~KP~

Dans le cas, à titre d'exemple, o~ ~KP~ = 0, l'interrupteur Igll sera ouvert, l'interrupteur Igll6 ferme.
Comme Ig21 est ferme, le taux global d'amplification dans cette hypothese est egal à 16.

~ 11 -Il est évident que dans le cas contraire o~
~KP~ = l, le gain global d'amplification de la chalne serait de l, comme le montrent les équations logiques ci-dessus.

Etape E2 - on effectue une seconde comparaison du sign.al Vs a~ec les valeurs VR+ et VR et le signal KP prend la valeur KPl. L~en-semble de sélection 12 maintient le commutateur S0 ouvert et les échantillonneurs-bloqueurs SHl, SH2 et SH3 bloqués, ferme l'interrupteur Ig21, maintient le commutateur S3 dans l'état qui lui a été donné lors de l'étape précédente et actionne l'interrupteur Igl4 et les commutateurs Sl et S2 en fonction des valeurs de KPl et ~S ~. Si ~ gl~ = 0, le gain assigné
à l'élément d'amplification Al lors de l'étape precédente n'est pas modifie. Ces operations constituent l'etape E2 qui peut être résumée par les équations logiques suivantes:

f ~Ig2~,7 ~ ~ gl~ ~3 J ~ ~ E2 ~ ~ El E2- ~g2~ ~ g21~ = ~S~ = S = 0 -sz7 = ~ 27 ~S~ P;~ ; 37 Dans le cas où, par exemple, ~KP ~ = 0, les équa-tions logiques de l'étape E2 indiquent que l'interrupteur Ig~4 sera fermé. Comme Ig21 est également fermé, le gain global d'amplification sera egal a 4.

Etape E3 - Apres une troisième comparaison du signal de sortie Vs avec t ~ 2 ~

les valeurs VR+ et VR o~ le signal KP prend une nouvelle valeur KP2, l'ensemble de selection ferme l'interrupteur Ig22, maintient l'interrupteur Igll6 dans son etat precedent, ainsi que les echantillonneurs-bloqueurs et le commutateur S0 et actionne les interrupteurs Igll ou Igl4 suivant les valeurs de ~ P~ et ~ gll~
Ces opérati.ons constituent l'etape E3 qui peut etre résumée par les équations logiques suivantes:

~ ~g2~ = 1 10~ 7E3 ~ 1 ~7E2

3 ~ g2~ = ~g21~ = jS ~ = Se = 0 l~ gll 7 Dans l'h~pothèse où ~ P~ = 0, par exemple, les equa-tions logiques de l'étape E3 indiquent que l'interrupteur Igl4 sera fermé. L'interrupteur Ig22 étant ferme, le gain global d'amplification de la chalne sera egal à 8.
Etape E4 - On effectue une derniare comparaison de la tension de sortie VS avec les valeurs de reference et le signal KP prend la nou-velle valeur KP3. L'ensemble de selection 12 commute l'inter-rupteur Ig21ou Ig22 suivant la valeur logique de KP3 en lais-sant les autres signaux inchangés. Les équations logiques définissant 1'étape 4 s'ecrivent comme suit:

( ~ 2 30~ ~g227 ~ P~

7 2 ~;

_ ~ g ~ = ~gl~

k--g 1 1~7E ~ 1 1 7E 3 e ~ 2 ~

Si KP3 = 0, par exemple, les interrupteurs Igl4 et Ig22 sont fermés et le gain global ~'amplification de la chalne sera egal à 8, comme l'indiquent les equations logiques de l'etape E4.
Cette sequence de comparaison et de commutations suc-cessives permet d'appliquer à la tension de sortie ~S un gain G = Gl G2 maximal, choisi parmi l'ensemble des puissances successives du nombre deux comprises entre 2 et 213 (cf.
figure 2)~ compatible avec son maintien dans la fourchette de valeurs delimitee par les tensions de reference VR et VR~.
La sequence de comparaison et d'ajustement des gains Gl et G2 se reproduit pour tous les echantillons de signaux successivement délivres par le multiplexeur 1 sauf pour la voie de r~ference connectee à la masse. Pendant l'inter-valle de temps ~T (V0) où une tension de reference V0, nulle par exemple, est appliquee à l'entree de la chalne d'ampli-fication, on procède à un cycle de correction des tensions de derive ou de bruit. L'ensemble de sélection 12 engendre (figure 3) dans l'intervalle de temps ~T des impulsions de commande ~ gll~ = ~ g21~ = Se = 1 permettant l'ec tillonnage et le blocage de la tension de référence ~0 = 0 amplifiée par les trois éléments de la chalne d~ampll~ication Ao~ Al et A2 avec les gains respectifs Go = 1, Gl = 16 dans les echantillonneurs-bloqueurs SHl, SH2 et SH3. Puis, l'en-semble de selection 12 engendre successivement des impulsions pour commander en sequence les fermetures des commutateurs -- 1'1 --~ :~ & ~

Sl, S2 et S3. Pendant ces impulsions, l'ensemble de selection 12 engendre successivement les signaux impulsionnels de validation Hl, H2, H3. Ces signaux de validation successifs autorisent la mémorisation des valeurs prises a ces instants par la tension de sortie issue du comparateur 2, respective-ment dans les basculeurs 3, 4 et 5. Si le signal de sortie VS est positif à l'instant de début des signaux de validation Hl, H2 ou H3, la sortie (Q) du basculeur commandé va prendre le niveau logique 1. Au contraire, si le signal Vs est nega-tif à l'un ou l'autre de ces instants, la sortie (Q) dubasculeur commandé va prendre le niveau logique 0.
Les intégrateurs 6, 7 ou 8 transforment les échelons de tension discontinus imposés aux sorties (Q) des basculeurs en tensions progressivement croissantes ou décroissantes a variation linéaire Ul, U2 et U3 respectivement qui sont appli-~uées aux commutateurs Sl et S2 (cf. figure 1) par l'inter-médiaire des résistances (26, 27) et à l'entrée inverseuse de l'amplificateur d'isolement Ao par l'intermédiaire de la résistance 31 pendant toute la durée des cycles d'echantillon-nage successifs de toutes les voies du multiplexeur 1 etpermettent de compenser les dérives affectant les éléments d'amplification. Les effets du syst~me de compensation peuvent être dosés en ajustant la constante de temps des intégrateurs.
En général, l'application des tensions de correction à variations linéaires a pour effet d'inverser le sens de la tension de dérive affectant la chalne d'amplification, relevée à l'issue du cycle d'échantillonnage suivant, ce qui se tra-duit par un changement dans le sens de variation des tensions de correction Ul, U2 et U3.
Bien que le systeme de correction ne procure pas d'an-nulation permanente de la tension de derive et de bruit de 2 ~

fond à basse frequence de la chalne d'amplification, mais seulement une compensation de part et d'autre de zero, son action est très efficace. En effet, par un réglage approprié
de la constante de temps des integrateurs, on arrive très facilement à rendre les tensions parasites toujours inférieu-res au bruit de fond de la chaIne d'acquisition dans la bande de frequence supérieure à la fréquence d'échantillonna-ge.

Claims (8)

1. Les réalisations de l'invention au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
   
   l. Dispositif pour amplifier et échantillonner des signaux analogiques multiplexés, constitué par une chaîne continue d'amplification comportant plusieurs éléments d'am-plification interconnectés en série dont les gains peuvent être affectés sélectivement de plusieurs valeurs prédétermi-nées au moyen d'interrupteurs (Ig11 à Ig216) et de moyens pour engendrer des tensions électriques dépendant du sens de la tension de dérive ou de bruit issue de la chaîne d'ampli-fication et pour appliquer des tensions de correction, des moyens de mémorisation des tensions amplifiées et des moyens de commutation pour appliquer les signaux multiplexés ou les tensions mémorisées à un élément d'amplification, caractérisé
   en ce que les moyens de mémorisation des tensions amplifiées comportent plusieurs échantillonneurs-bloqueurs dont les entrées sont connectées en permanence respectivement aux sorties de tous les éléments de la chaîne d'amplification, et en ce qu'il comporte des moyens de sélection adaptés à choisir les interrupteurs pour la sélection des gains des éléments d'amplification et les moyens de commutation appropriés, en fonction de la comparaison entre la seule tension de sortie de la chaîne continue d'amplification et deux tensions de référence positive et négative et à commander lesdits inter-rupteurs et moyens de commutation sélectionnés ainsi que les moyens d'échantillonnage et de blocage, afin de donner à la chaîne continue d'amplification un gain optimal.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
   en ce que les moyens de sélection comportent un élément (13) pour comparer la tension de sortie à deux tensions de référence de même valeur absolue et de signes différents, un ensemble (12) d'éléments logiques connectés à la sortie de l'élément de comparaison et un élément horloge (30).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
   en ce que les moyens d'échantillonnage et de blocage compor-tent des condensateurs de mémorisation associés à des inter-rupteurs (I), intercalés entre des amplificateurs d'entrée (a1) dont les entrées sont connectées en permanence aux sorties respectives des éléments de la chaîne d'amplification et des amplificateurs de sortie (a2) dont les sorties sont reliées par l'intermédiaire de commutateurs à l'entrée de la chaîne d'amplification.
4. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
   en ce que la chaîne d'amplification comporte un premier élément d'amplification (A1) et un second élément d'amplification (A2) dont les gains peuvent être affectés sélectivement de trois valeurs différentes prédéterminées par fermeture desdits interrupteurs (Ig11 à Ig216), ces éléments étant interconnectés en série et précédés d'un amplificateur d'isolement (A0). et en ce que les moyens d'échantillonnage et de blocage compor-tent trois échantillonneurs-bloqueurs (SH1, SH2, SH3) dont les entrées sont connectées en permanence respectivement aux sorties de l'amplificateur d'isolement (A0) et des éléments d'amplification (A1), (A2) et dont les sorties sont sélective-ment connectées par des commutateurs (S1, S2, S3) à l'entrée du premier élément d'amplification (A1).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé
   en ce que les moyens pour engendrer des tensions électriques dépendent du sens de la tension de dérive ou de bruit issue de la chaîne d'amplification comportent plusieurs éléments d'intégration (6, 7, 8) dont les tensions de sorties sont respectivement appliquées en différents points avant les deux premiers éléments d'amplification et des moyens de commande (2, 3, 4, 5) des éléments d'intégration connectés à
   la sortie de la chaîne d'amplification et adaptés à appliquer successivement aux éléments d'intégration des signaux calibrés de durées prédéterminées tels que les tensions engendrées par ces éléments d'intégration compensent la tension de dérive ou de bruit, ces moyens de commande étant actionnés par les moyens de sélection.
6. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
   en ce que les moyens pour engendrer des tensions électriques dépendent du sens de la tension de dérive ou de bruit issue de la chaîne d'amplification comportent un comparateur (2) adapté à déterminer le sens de l'erreur affectant la tension de sortie de la chaîne d'amplification, lorsqu'une tension de référence (V0) est appliquée à son entrée, trois intégra-teurs (8, 6, 7) dont les signaux de sortie sont respective-ment appliqués par l'intermédiaire de résistances à une entrée inverseuse de l'amplificateur d'isolement (A0) et aux sorties respectives des échantillonneurs-bloqueurs (SH1, SH2) adaptés à mémoriser la tension à la sortie de l'amplificateur d'isole-ment (A0) et la tension à la sortie du premier élément d'amplification (A1), et des moyens de commande (3, 4, 5) adaptés à appliquer sélectivement aux intégrateurs une tension constante mise en mémoire, pendant les intervalles de temps séparant les moments d'application successifs d'une tension de référence (V0) à l'entrée de la chaîne d'ampli-fication, sur commande de signaux impulsionnels de validation (H1, H2, H3) engendrés par les moyens de sélection.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
   en ce que l'entrée de l'amplificateur d'isolement (A0) est connectés en permanence à la sortie d'un organe de multi-plexage (1) dont l'une des entrées est portée à la tension de référence (V0).
8. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
   en ce que les moyens de commutation comportent un commutateur (S0) intercalé entre l'amplificateur d'isolement et l'entrée du premier élément d'amplification, lequel est associé à un réseau de contre-réaction qui peut lui imposer les gains 20, 22 ou 24 par fermeture sélective de trois interrupteurs (Ig11, Ig14 ou Ig116), en ce que le second élément d'amplifi-cation est associé à un second réseau de contre-réaction qui peut lui imposer les gains 20, 21 ou 24 par fermeture sélec-tive de trois interrupteurs (Ig21, Ig22 ou Ig216), et en ce que les moyens de commande (3, 4, 5) comportent des basculeurs bistables commandés par l'ensemble de sélection (12) et actionnés par la tension de sortie d'un comparateur (2) dont l'entrée est connectée à la sortie de la chaîne d'amplifi-cation.