Intégrateur exponentiel à constante de temp élevée, réalisé avec

Europaisches P a t e n t a m t
®
à
European Patent Office
© Numéro de publication:
Office européen des brevets
©
DEMANDE
© Numéro de dépôt: 84402014.9
© Date de dépôt: 08.10.84
© Priorité: 14.10.83 FR 8316382
© Date de publication de la demande:
29.05.85 Bulletin 85/22
© Etats contractants désignés:
DE FR GB IT NL
0
143
0 2 4
A1
DE BREVET
EUROPEEN
© int. ci.*: G 06 G 7 / 1 8 4
H 03 H 1 9 / 0 0
©
(7i) Demandeur: SOCIETE POUR L'ETUDE ET LA
FABRICATION DE CIRCUITS INTEGRES SPECIAUX E.F.C.I.S.
17, avenue des Martyrs
F-38100Grenoble(FR)
@ Inventeur: Caillon, Christian
THOMSON-CSF SCP1 173, bld Haussmann
F-75379 Paris Cédex 08(FR)
© Inventeur: Fensch, Thierry
THOMSON-CSF SCPI 173» bld Haussmann
F-75379 Paris Cedex 08(FR)
© Inventeur: Guillaume, Pascal
THOMSON-CSF SCPi 173, bld Haussmann
F-75379 Paris Cedex 08(FR)
© Mandataire: Guérin, Michel et al,
THOMSON-CSF SCP1 173, Bld Haussmann
F-75379 Paris Cédex 08(FR)
© Intégrateur exponentiel à constante de temp élevée, réalisé avec des capacités commutées.
L'invention concerne les circuits à capacités commutées.
Pour réaliser un intégrateur exponentiel à capacités
commutées à grande constante de temps, on prévoit, au lieu
d'utiliser seulement une capacité non commutée (C) et une
capacité commutée (Ce) analogue à une résistance, trois
ensembles (10, 20, 30) de capacités commutées (Ce, Cs, Cp)
un amplificateur opérationnel (AO) et une capacité non
commutée C. La constante de temps est multipliée en gros
par le rapport Cs/Cp.
commutées
capacités
échantillonné,
capacité
une
capacités
commutées,
résistance)
série
en
ainsi
une
courbe
temps
est
le
C/Cefe
C,
si
fréquence
pourrait
réaliser,
par
une
capacité
commutée
avec une
capacité
limité
fréquence
Ce
capacité
C ne
pourra
déjà
intégré.
seconde.
recourir
(bien
ne
pas
présente
sans
permettant,
constante
Ces v a l e u r s
non
de temps
Ce
prévoir
circuit
une
d'intégration
la
qui
obligé
intégré,
alors
de
de temps
on est
ce
de
qu'on
totalement
borne
d'accès
circuit
intégré
une
donc
un
augmentation
d'être
côté,
intégré.
propose
de m u l t i p l i e r
susceptible
circuit
le
invention
nécessiter
commutée,
de
obligé
la
importante
à une c o n s t a n t e
être
et
picofarads
surface
supérieure,
des
descendre
autre
de 50
puisse
on e s t
1 kilohertz,
au c i r c u i t
que le problème
à
une
intégré
guère
d'un
dessus
conduisent
dans
de
d'une
une v a l e u r
être
circuit
picofarad ;
au
à
élevée,
on ne peut
dessous
C extérieure
supplémentaire
La
0,1
égal
échantillonnée
en
au
de
constante
capacité,
possibles
l'utilisation
Si on veut
pas
pour
extérieur
capacité
à
la
de temps
monter
pas
à une c a p a c i t é
ne s o u h a i t e
résolu)
de
la
On o b t i e n t
R.
concrètement,
fe ;
la
(remplaçant
constante
une
valeurs
dessous
au
correspondent
de 0,5
résistance
à
circuits
en
dont
par
commutée,
d'échantillonnage
capacité
circuit
la
veut
les
par
C, Ce et
paramètres
capacité
remplaçant
Lorsqu'on
donc
résistance
non
série
R en
commutée.
exponentielle
RC de la
la
est
fe,
qu'on
d'intégration
produit
Ce
et
con-
un c i r c u i t
résistance
non
une
de t e n s i o n
dans
simplement
d'une
possibles,
d'obtenir
à un échelon
en réponse
association
une
par
besoin
avoir
peut
à
intégrés
de f i l t r a g e .
fonctions
ce que l'on réaliserait tout
tinue,
la
on
cas,
élevée
de temps
constante
des
circuits
d'applications
beaucoup
de r é a l i s e r
certains
Dans
les
concerne
qui, parmi
notamment
permettent
avec
invention
présente
La
par
de
un f a c t e u r
obtenue
valeur
de
la
important
la
avec c e t t e
capacité.
à
capacités
exponentielle
commutées
côté
d'un
à un point
à
ailleurs
entrée
une
capacité
et
plus
les
à
une
réalisation
-
la
de
la
lorsque
ensemble
bascules
de durées
de la
lecture
en r é f é r e n c e
faite
exponentielle,
est
beaucoup
1
figure
de l ' i n v e n t i o n ,
possibles
caractéristiques
à la
apparaitront
est
et
du c i r c u i t
importante
du t r o i s i è m e
applications
D'autres
qui
uni-
sortie
intégration
une
relativement
temps
des t e m p o r i s a t i o n s
effectuer
à gain
du s e c o n d .
la
notamment
bien
commutée
capacité
Parmi
citer
de
que c e l l e
petite
d'un
opérationnel,
la
entre
par
sortie
du c i r c u i t
sortie
une
connectée
la
de t e n s i o n
l'amplificateur
réalise
constante
de la
valeur
à
relié
étant
à
second
reliés
électrique.
Ce c i r c u i t
une
le
relié
étant
commutée
non
ensemble
en s u i v e u r
de
inverseuse
non
une masse
avec
monté
commutées
capacités
premier
circuit,
étant
troisième
le
et
taire,
du
opérationnel
amplificateur
le
commun,
entrée
une
à
ensembles
trois
comporte
on p e u t
monostables
pour
importantes.
et
l'invention
de
avantages
détaillée
description
aux d e s s i n s
annexés
représente
un
mode
suit
qui
dans
lesquels :
de
réalisation
et
de
l'invention ;
2 représente
- la f i g u r e
un a u t r e
mode de r é a l i s a t i o n
de
représenté
à
la
de masse
M,
le
l'invention.
Le
figure
circuit
étant
tension,
sa
son e n t r é e
deux
entre
sortie
cette
un a m p l i f i c a t e u r
reliée
sortie
un
phases
Ce et
borne
interrupteur
directement
est
reliée
quatre
à
à la
disjointes
circuit
phase
est
sortie
(tension
la m a s s e ;
AO monté
suiveur
en
entrée
son
bà
chaque
fermeture
indiquée
à
constitué
deux à d e u x
actionnés
de
S ;
commutée
a et
de
inverseuse ;
borne de s o r t i e
interrupteurs
la
deux b o r n e s ;
ces
de
signal
10 à c a p a c i t é
circuit .;
du
et
entre
opérationnel
de f e r m e t u r e
du
le
borne
une
appliqué
S,
ensemble
premier
d'échantillonnage
chaque
de
borne
une
une c a p a c i t é
selon
l'invention,
E et
étant
Ve)
non-inverseuse
-
par
(tension
prélevé
-
d'entrée
borne
une
d'entrée
-
Vs)
selon
1 comprend :
-
signal
base
de
période
a ou b d e
côté
de
cet
l'ensemble
interrupteur ;
simulation
où F est
la f r é q u e n c e
la
pendant
constitution
une
connecté
constitué
est
il
P ;
la
à la
ensembles
10,
20 et
borne
la
capacité
de
l'entrée
la
P et
Cp et
E et
reliée
sont
phase
fermés
phase
b ;
10 et
point
20
commun
1/FCp.
l'ensemble
une
un
interrupteur
masse ;
les
les
a ;
phase
pour
à la
à la masse ;
la
deux
des
par
I12
dont
interrupteurs
I13
un i n t e r r u p t e u r
par
pendant
les
1/FCs
commutée,
la
le
et
est
commun
de v a l e u r
résistance
que,
reliée
est
par un i n t e r r u p t e u r ' 1 1 4
114
d'une
point
ensembles
S du c i r c u i t
précisément
plus
le
20 a
mais
capacité
aux
fermés
sont
10
pendant
identique
simulation
constitué
interrupteurs
deux
et
a
sortie
Ce
à
quatre
un i n t e r r u p t e u r
est
AO et
30
30 en s p é c i f i a n t
par
capacité
la
décrire
On peut
1/FCe,
l'ensemble
b ;
résistance
ensemble
phase
entre
correspond
la
deux
l'ensemble
de
d'une
30 a une c o n s t i t u t i o n
connecté
en f a i t à
commutée,
phase
celle
simulation
capacité
pendant
l'ensemble
à
troisième
une
par
la
pendant
de l ' a m p l i f i c a t e u r
sortie
un
fermés
sont
mais
deux
c o r r e s p o n d à la
il
P;
un
de v a l e u r
dont
interrupteurs
quatre
identique
la
entre
20 à c a p a c i t é
ensemble
a et
phase
résistance
E et
d'échantillonnage ;
Cs et
une c a p a c i t é
par
l'entrée
entre
10 c o r r e s p o n d
d'une
commutée
par c a p a c i t é
- un deuxième
de
l'ensemble
commun P du c i r c u i t ;
point
connecté
10 est
10,
l'autre
au point
interrupteurs
deux
I11
autres
à
borne
commun
I11
et
pendant
la
b.
Pour
l'ensemble
interrupteurs
Ill,
124,
l'ensemble
et,
pour
112,
les
20,
interrupteurs
correspondant
aux
113,
I14,
sont
désignés
par
I21,
122,
123,
30,
ils
sont
désignés
par
131,
132,
133,
134 r e s p e c t i v e m e n t .
Le f o n c t i o n n e m e n t
on
peut
supposer
les
toutes
est
capacités
le
suivant :
sont
au d é p a r t ,
déchargées,
que
0 et Vs = 0 .
Ve =
On
instant
t =
une montée
a,
que
du c i r c u i t
la
applique
0,
et
échelon
un
on va v o i r
continue
Ve à
de s o r t i e
Vs s u b i t
d'échantillonnage,
durant
la p h a s e
les
autres
restent
comment
de
la
tension
tension
un
exponentielle.
A la
première
période
capacité
Ce prend
une
charge
CeVe ;
déchargées
la
la
et
parallèle
en
Cs
Cp et
Ce,
la
Notamment,
masse.
bornes.
A la
le
entre
capacité
valeurs
en e f f e t
sont
qui
b,
phase
à leurs
proportionnellement
capacités
connectées
toutes
0 à leurs
Vs =
répartit,
les
entre
respectives,
(isolé)
voient
Ce se
charge de
alors
elles
car
point
P
commun
Cp prend
une
charge
CpCeVe/Ce+Cs+Cp.
A la
en p a r a l l è l e
vient
la
capacité
la
non commutée
capacité
donc
apparait
durant
Cp
C et
la
de
à
leurs
commutée
non
charge
valeurs
donc
C prend
alors
la
entre
phase
borne
de s o r t i e
de
tension
une
a,
la
S et
sortie
CpCeVe/(Ce+Cs+Cp) (C+Cp).
tension
charges
CsVs
et
CpVs r e s p e c t i v e m e n t
capacités
retrouvent
se
à nouveau
entre
Ce,
Cs et
valeur ;
enfin,
durant
la
phase
la
nouvelle
de
sion
sortie
dont
la
la p é r i o d e
Pour
qui
période
se
capacité
la
de
a
montrer,
constante
de temps
alors
CeVe,
b suivante,
comme
à
troisième
la
commutée
non
le
CsVs.
somme des charges
transfère
Cp
une
est
gain
une charge
Cp p r o p o r t i o n n e l l e m e n t
se met à c r o î t r e ,
va
on
C,
une
courbe
leur
période
de
partie
la
augmentant
de p é r i o d e
se
sa
ten-
en p é r i o d e
en
de montée
exponenT(C+Cp)(Ce+Cs+Cp)/CeCp où T
d'échantillonnage.
en évidence
mettre
la
entre
passe
nième
cette
période,
période
examiner
on peut
d'échantillonnage
et
la
suivante.
On a p p e l l e
nième
capacité
Vs qui
comme
suivant,
tielle
à
charge
la
à
suiveur
sont
phase
en p a r a l l è l e ,
répartit
d'échantillonnage,
la
durant
et,
alors
de
sortie
en
en
commutées
capacités
par les
monté
est
Cs prend
que la c a p a c i t é
prises
également
apparaît
AO qui
opérationnel
de s o r t e
unitaire,
ce
capacité
proportionnellement
deuxième
cette
l'amplificateur
est
la
suivante,
C. La c a p a c i t é
Cp et
Cette
ces
période
(CpCeVe/Ce+Cs+Cp)(C/C+Cp).
Il
Les
la
répartit,
entre
une charge
masse,
de
a
sur
Cp se
respectives
Vs =
phase
période
et
Vs(n),
Vs(n+1)
la
la
tension
de
tension
à
sortie
la
à
fin
la
de
fin
la
de l a
période
suivante.
A la
sur
Ce,
CsVs(n)
phase
sur
a de la
Cs,
CpVs(n)
nième
sur
période,
Cp et
on a une charge
CVs(n)
sur
C.
CeVe
A la
entre
répartit
b,
phase
une
Cp s e l o n
Cs et
Ce,
donc
Cp prend
parallèle
avec
CVs(n)
Cette
somme
valeurs
tel
Comme
est
très
brève
considérer
l'intervalle
intervalle
suivante :
la
entre
répartit
sur
la
période
devant
les
variation
temps
respectives.
période
charges
Cp en
] Cp/(Ce+Cs+Cp).
de
la
de
proportion
S un nouveau
CVs(n+1)
en
est :
respectives
+ CpVs(n)
C et
Cp v i e n t
suivante,
leurs
Vs(n+1)
potentiel
C soit
capacité
une
somme c i - d e s s u s :
T comme une
de
sortie
la
charge
C/C+Cp de la
proportion
la
somme de l e u r s
nouvelle
la
de
a
+ [CeVe + CsVs(n)
établit
et
que
se
valeurs
se
Cp/(Ce+Cs+Cp)
+ CpVs(n)]
phase
la
C;
leurs
+ CpVs(n)
une c h a r g e :
[CeVe + CsVs(n)
A la
CeVe + CsVs(n)
charge
dt,
d'échantillonnage
temps
de
d'intégration
tension
variation
et
T = 1/F
considérés,
Vs(n+1) -
différentielle
écrire
du
l'équation
Vs(n)
dVs
circuit
on p e u t
durant
pendant
un
différentielle
qui
bien
montre
la
l'entrée,
en m a r c h e s
la v a l e u r
la
dont
équation
solution
lorsqu'on
que
tension
avec
une c o n s t a n t e
Il
faut
noter
commutée
Ce
constante
de temps
la
Ici,
de temps
constante
commutée
C
une
résistance
de
Cp est
que
une
valeur
devant
petit
la
C,
par un f a c -
multipliée
pratiquement
et
TC/Ce.
serait
où on cherche à o b t e n i r
Dans le cas
de temps,
élevée
une v a l e u r
on c h o i s i r a
(comme on l ' a u r a i t
simple),
et
on a g i r a
choisissant
capacité
plus
50
petite
qu'avec
un c i r c u i t
Un
une c o n s t a n t e
numérique
et
de temps
Une
obtenue
redondance
b,
des
les
partir
de
de
est
interrupteurs
capacités
ni de c a p a c i t é
Cp égales
sont
grande
avec
des c a p a c i t é s
une
Ce et
Cp
Cs de 25 p i c o f a r a d s ,
C et
la
secondes.
114,
toutes
Cs
et
pf
C.
donné :
être
peut
de
grande
plus
Ce et
capacités
représentée
constatation
I13,
et
pas
plus
à 0,5
100 f o i s
de temps
réalisation
la
en
importante
ne v e u i l l e
qu'on
Ce et
de 2,6
RC
faible.
de 1 k i l o h e r t z ,
capacités
obtenue
variante
à
des
un c i r c u i t
(Ce+Cs+Cp)/Cp
Cs r e l a t i v e m e n t
que les
ne comportant
avec
multiplicatif
picofarad,
avec
de C
une v a l e u r
et
façons
en supposant
on p o u r r a ,
exemple
picofarad
constante
phase
capacité
d'échantillonnage
fréquence
0,5
de
que 0,5
obtenir
pf,
facteur
d'exemple,
que 50 p i c o f a r a d s ,
égale
le
de t o u t e s
constante
une grande
de Ce f a i b l e
Cp r e l a t i v e m e n t
de c a p a c i t é
A titre
fait
sur
valeur
une
une v a l e u r
la
à
était
(Ce+Cs+Cp)/Cp.
teur
est
est
vers
exponentielle
non
d'intégration
supposant
obtenue
échantillonné)
l'intégration
(équivalente
en
fait
(en
de temps égale à 1/K donc à :
capacité
une
par
est
Ve à
de t e n s i o n
exponentiellement
système
si
que
capacité
de
le
Ve,
simplement
T/Ce),
Vs tend
puisque
réalisée
un échelon
applique
de s o r t i e
d'escalier
est :
qu'il
123,
reliées
à
la
figure
y a une
124,
d'un
133,
côté
2
certaine
134 :
au
dans
point
P tandis
commun
ce
à
côté
la
dans
que
il
suffit
et
le
de prévoir
point
P, avec
capacités
le
de
la
une
la
unes
entre
relie
ces
armatures
P à la
ce point
fermé
de
soit
montée,
en
durée
les
on peut
de temps
Cs,
mais
de c h o i s i r
désirées
une
champs
de c o n n e c t e r
des
tension
Cet
TC/Cp.
de la
phases
figure
de p r o g r a m m a t i o n
possibilité
prévoyant
plusieurs
la
des
I44
un
a seulement.
prévoir
en f o n c t i o n
de
alors
est
à l'interrupteur
phases
en
zéro
la
commun P à
point
indépendamment
contrairement
pendant
à
exemple
par
le
à
rapport
par
utilisant
retour
des
de temps
constante
réduite
descente
fermé
l'influence
132.
la
connecter
de
de
à
122,
que
donc
sont
que deux i n t e r r u p -
plus
I12,
prévoir
pour
commutées
sensible
plus
temps
est
capacité
capacités
et
chacun
C
la
de
constante
constante
permettant
de
toute
pendant
Enfin,
de
est
représenté)
d'échantillonnage,
est
aux a u t r e s
les
30 à c a p a c i t é s
20,
capacité
temps
interrupteur
2 qui
10,
ne c o m p o r t e n t
la
(non
interrupteur
Vs ;
du
144 qui
envisager
de
décharge
masse,
du côté
un i n t e r r u p t e u r
des i n t e r r u p t e u r s
parasites
constante
la
des c a p a c i t é s
reliées
toujours
circuit
On peut
de
armatures
permanente
puisqu'ils
mais
teurs,
de
une c o n n e x i o n
Les ensembles
simplifiés
reliées
sont
la phase a .
durant
masse
donc
toutes
a elles
phase
trois
Les
masse.
commun P sont
point
la
dans
non
pas
une c a p a c i t é
Cp e t / o u
Cs
des v a l e u r s
de
de
capacités
le
circuit
besoins.
Cp e t
caractérisé
commutées,
premier
ensemble
circuit,
le
ce
qu'il
d'un
côté
en
reliés
commutée
capacité
d'intégration
Circuit
1.
étant
(10)
second
à
à
un
à une e n t r é e
la
d'un
sortie
opérationnel
(AO)
monté
en s u i v e u r
troisième
(30)
étant
relié
à une s o r t i e ( S )
de
l'amplificateur
le
entrée
inverseuse
non
capacité
commutée
non
circuit
et
la
que
plus
petite
que c e l l e
3.
Circuit
selon
à
et
masse
(M),
que
la
sortie
de
et
que,
dans
alors
de
masse
(M).
l'une
4.
sortie
une
du
(S)
actionnés
côté,
élément
Circuit
selon
de
la
1
est
(b),
phase
à
l'entrée
(S)
la
à
du c i r c u i t ,
capacités
commutées
commun
(P)
et
de
l'autre
côté
revendication
3,
circuit,
(a),
(E),
point
au
est
à
(P),
commun
sortie
les
2,
distinctes
première
une
et
(Ce,Cs,Cp)
phases
du point
côté
d'un
autre
dans
et à la
phase
reliées
deux
respectivement
deuxième
une
commutée
du côté
reliées,
en c e
ensemble
revendications
selon
que
caractérisé
1,
(Cs) .
capacité
(AO),
tout
la
troisième
des
l'amplificateur
soient
(Ce,Cs,Cp)
du second
chaque
l'autre
de
et,
opérationnel,
entre
du
(Cp)
de manière
b)
soient
capacités
et à u n e
du c i r c u i t
revendication
capacité
interrupteurs
(a
disjointes
les
ce
en
des
la
la
de
caractérisé
reliée
selon
Circuit
valeur
beaucoup
connectée
et
unitaire,
électrique.
une masse
2.
étant
(C)
du
(E)
amplificateur
à gain
de t e n s i o n
le
(P),
commun
point
à
ensembles
trois
comporte
capacités
par a i l l e u r s
relié
(20)
à
exponentielle
caractérisé
isolé
à
la
en c e
que chaque c a p a c i t é commutée est r e l i é e , du côté du point commun,
à un premier i n t e r r u p t e u r r e s p e c t i f (I14, 124, 134) c a p a b l e de l a
relier
dans
une
respectif
interrupteur
une a u t r e
phase
5.
que chaque
première
(b)
Circuit
capacité
phase
(I13,
au point
selon
à
123,
la
masse,
133)
ainsi
capable
de
qu'à
la
un
relier
second
dans
commun.
la
commutée est
revendication
directement
3,
caractérisé
connectée
au
en c e
point
commun,
et
qu'un
est
capacités
interrupteur
prévu
relier,
pour
(144)
unique
la
dans
les
pour
première
phase,
trois
le
point
1
à
commun à la m a s s e .
6.
Circuit
caractérisé
en
susceptible
d'être
ce
à
permettre
avec
et
une c o n s t a n t e
normale
de montée
est
prévu
fermé
des
masse
l'une
qu'il
de commutation
la
selon
ou ouvert
capacités
le
de temps
de c e t t e
des
un i n t e r r u p t e u r
indépendamment
commutées
retour
plus
tension
revendications
pour
de la
rapide
relier
tension
que
de s o r t i e .
la
5,
supplémentaire
deux
phases
le point
commun
de s o r t i e
à zéro
des
constante
de temps