Brevet FR2012502A1 — publié le 19700320

La présente invention se rapporte à des oscillateurs à transistoœ et plus particulièrement à des circuits limiteurs associés à ceux-ci. Les générateurs de signaux multifréquences capables d'en 5 gendrer des paires uniques de signaux oscillatoires coïncidents en réponse à l'action d'un bouton-poussoir ou d'autres commutateurs à commande manuelle sont bien connus comme décrit , par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 184 554. Une forme de réalisation du montage décrit dans ce bre-10 vet est utilisée sous la forme d'un cadran à clavier pour poste téléphonique. Chaque paire de signaux engendrée par le cadran d'un tel poste comprend un signal appartenant à une bande de fréquences relativement élevées et un signal appartenant à une bande de fréquences relativement basses chaque combinaison unique de fréquènces 15 étant indicative d'un chiffre formé suivant un code de fréquences. La génération des signaux à fréquence vocale était effectuée à l'origine par un seul oscillateur à transistors comportant un circuit de réaction à couplage inductif. Certains des éléments déterminant la fréquence dans le circuit de réaction étaient 20 insérés dans le circuit et décomptés sélectivement afin d'obtenir les combinaisons de fréquences voulues. Des perfectionnements aux circuits générateurs de signaux multifréquences du type général décrit consistaient à utiliser deux oscillateurs à transistors séparés, ce qui contribuait à réduire l'interférence entre les fré-25 quences engendrées, et à utiliser des filtres R-C à double Té dans le circuit de réaction, ce qui a éliminé la nécessité d'utiliser des bobines d'induction et a rendu les circuits plus compatibles avec la technique de réalisation des circuits intégrés. Malgré les perfectionnements mentionnés, les circuits 30 générateurs de signaux multifréquences du type utilisé dans les postes téléphoniques à clavier sont sensiblement loin d'être idéaux du point de vue de leur construction et de leur fonctionnement. Un des problèmes qui restent non résolus se rapporte au fait que les circuits ne conviennent toujours pas complètement aux 35 techniques de fabrication des circuits intégrés, particulièrement celles concernant les puces de silicium. Un exemple spécifique de ce manque de compatibilité concerne le circuit limiteur. Jusqu'à présent, on a utilisé dés'cirôuits limiteurs traditionnels ■ qui impliquent . habituellement l'utilisation de diodes limi-tatrices et au moins une grande capacité de couplage. Bien que 69 23160 2 2012502 certains types de dispositifs à diodes ressortissent à la technologie relative aux puces. de silicium et puissent donc être intégrés avec les autres éléments de circuit, ce type de technologie n'est pas réalisable commercialement pour les diodes du type utilisé jusqu'à 5 présent dans les circuits limiteurs. De plus, 1'intégration de grands condensateurs dans des puces de silicium reste toujours en dehors de l'état actuel de la technique. L'absence de compatibilité totale avec la technique de fabricationdes circuits intégrés non seulement s'oppose aux avan-10 tages inhérents en ce qui concerne l'économie et la fiabilité du circuit, mais s'oppose également à toute 1-a souplesse des paramètres de réalisation qui devrait accompagner l'utilisation d?un circuit qui occupe une petite fraction seulement de l'espace requis par des dispositifs traditionnels. 15 Un problème supplémentaire dans les générateurs de signaux mul- tifréquences antérieurs du type mentionné plus haut concerne également la fonctionde limitation et en particulier le fait que dans les circuits limiteurs de la technique antérieure,le degré de limitation est influencé indûment par les variations de la longueur 20 de la boucle (équivalentes aux variations de la tension de batterie) et par des variations de température. De plus, il a été constaté dans la technique antérieure que des modifications des caractéristiques dues à la température de certains circuits limiteurs induisent à leur tour des variations de la fréquence de l'oscil-^5 lateur. La présente invention a donc pour objet général de procurer des solutions aux problèmes susmentionnés. v Ces problèmes sont résolus selon l'invention grâce à l'utilisation d'un circuit limiteur unique dans la partie amplifiât* cateur d'un oscillateur* à transistors^ tous les éléments du circuit limiteur ayant le même type de conductivité que les éléments actifs de l'amplificateur et pouvant donc être aisément intégrés •avec la puce de silicium constituant ces éléments actifs, ou pouvant être intégrés avec des dispositifs en couches mine es utilisés 35 pour certains "éléments passifs de l'amplificateur. Selon l'invention, les effets nuisibles des variations de température sur la fonction de limitation, différentsde ceux auxquels sont soumis les éléments actifs de l'amplificateur,"sont évités. En particulier, ** les éléments sensibles à la température de l'amplificateur et du 40 circuit limiteur ont été sélectionnés, selon l'invention, en sorte 69 23160 3 2012502 de permettre leur incorporation dans une puce de silicium commune et en sorte que tous ces éléments partagent précisément le même environnement. Selon un aspect de l'invention, on évite égalementlla 5 possibilité d'affecter la fréquence de l'oscillateur par des influences dues à la température dans le circuit lM.teur;psr 2e:Mt qoè'. les éléments du circuit limiteur ne sont plus directement associés aux éléments déterminant la fréquence de l'oscillateur. Un aspect fondamental d'un circuit limiteur selon l'in-10 vention est que, la fonction de limitation est obtenue par l'utilisation d'un signal de contre-réaction appliqué par 1'intermédiaire du réseau indiqué, entre la sortie dé l'étage intermédiaire final de l'amplificateur et l'entrée du second étage intermédiaire." Le degré de limitation, ou l'amplitude^du signal de limitation, est 15 réglé par un circuit diviseur • ^résistif': utilisant deux résistances. Selon l'invention, le diviseur est égàlement conçu pour éliminer les influences de la température. Ce résultat est obtenu en réalisant une desrésistances sous la forme d'une couche de silicium ât l'autre résistance sous la forme d'une couche de tantale. 20 Les coefficients de température différents du.silicium..et du tantale sont liés entre eux en sorte , que lorsque les éléments résia=-tifs sont connectés selon l'invention, les effets de température qui produiraient des variations du niveau de la contre-réaction, sont annulés. En particulier, on obtient une correspondance préci-25 se de tension, en dépit des variations de température, entre le point milieu du diviseur de tension et le point d'entrée de l'étage amplificateur auquel la contre-réaction est appliquée. L'invention sera décrite en détails en se reportant aux dessins joints dans lesquels: 30 - la figure 1 est un schéma d'un circuit ' •oscillateur selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement du circuit selon la figure 1 avec fonction de limitation non réglé e; 35 - la figure 3 est un diagramme illustrant le fonctionne ment du circuit selon la figure 1 avec fonction de limitation réglée. . La figure 1 montre un circuit oscillateur du type ùtl-lisé comme générateur de signaux de cadran dans certains postes 40 téléphoniques à claviete, Ces postes utilisent habituellement deux 69 23160 4 2012502 oscillateurs identiques, un étant utilisé pour la génération de lTun quelconque de quatre signaux appartenant à une bande de fréquence^ relativement basses et l'autre étant utilisé pour la génération de l'un quelconque de quatre signaux appartenant à une ban- «r * 5 de de fréquences relativement élevées Afin de simplifier l'exposé, un seul oscillateur est représenté sur la figure 1. Le circuit limiteur selon l'invention est représenté en trait gras. La partie traditionnelle de l'oscillateur comprend les transistors Q1 à Q5, Q1 étant l'étage d'entrée et Q5 étant 10 l'étage de sortie. les résistances R12 à R19 assurent les fonc>-tions traditionnelles de chargé ou de polarisation. Le condensa-, teur C1 assure un circuit de rétroaction de stabilisation entre le deuxième et le troisième étage intermédiaire de l'amplificateur, constitué?par les transistors Q3 et Q4. Le filtre à double 15 Té T.TF, constituant la partie du circuit qui détermine la fréquence, est un filtre à bande étroite et est absolument classique et ; r ".-'S' ; utilise uniquement des éléments résistifs"et capapitifs» Le déphasage de 180 degrés introduit ainsi entre le collecteur du transistor Q4 et la base du transistor Q1 assure la génération du si-20 gnal oscillant. * • La fréquence particulière du signal engendré par l'oscillateur est déterminée par la manipulation de l'un des boutons-poussoirs du clavier PB, qui produit une action de commutation propre à connecter une résistance particulière, non représentée, dans 25 le filtre TTF qui correspond au numéro formé d'après le code de fréquence^ usuel. Bien que le second oscillateur ne soit pas représenté, les connexions avec celui-ci sont indiquées sur la figure. Le circuit limiteur séon l'invention peut être considéré 30 comme line boucle de contre-réactions'étendant entre le collecteur du transistor Q4 et le collecteur du transistor Q2. La.boucle dé contre-réaction comprend la jonction base-émetteur du transistor Q1A, la résistance R2 et la jonction base-collecteur du transistor Q2A. 35 La fonction de la résistance R4 connectée dans le conduc teur d'émetteur du transistor Q2A est d'empêcher la saturation du transistor Q2A et donc d'empêcher la présentation d'une basse impédance dans le circuit d'ém&teur du transistor Q1. On élimine ainsi les décalages de fhéquence de l'oscillateur, qui pourraient se pro-. 40 duire autrement. Dans ;ne forme de réalisation de l'invention* les 69 23160 5 2012502 résistances utilisées ont les valeurs suivantes:- R1 - 10 000 ohms R2 - 5 000 ohms R4 300 ohms R12 - 12 000 ohms R13 - 1 500 ohms R14 - 7 500 ohms R15 - 1 000 ohms R16 - 1 500 ohms R17 - 240 ohms R18 - 225 ohms R19 — 1 000 ohms Pour décrire le fonctionnement du circuit limiteur, il est utile de supposer d'abord que. les émetteurs des transis-15 tors Q1A et Q1 sont au même potentiel continu et que la valeur de la résistance R2 est négligeable. Avec cette hypothèse, il est clair que les bases des transistors Q2 et Q2A sont portées au même potentiel continu et que durant les alternances positives du s gnal sur le collecttur du transistor Q4» le transistor Q2A 20 est conducteur, appliquant un signal de reoroaction à la base du transistor Q3 en sorte que la fonction de limitation se produise-Si la résistance R2 a une valeur négligeable, comme on l?a supposé, la contre-réaction se produit durant lfentièreté de l'alternance positive du signal sur le collecteur du transistor 25 Q4» Ce fonctionnement est illustré par le diagramme de la figure 2. Une contre-réaction de cette amplitude, cependant, serait excessive et empêcherait probablement le circuit d?osciller. Aussi, un aspect de l'invention est-il de sélectionner la grandeur de la résistance R2 en sorte que la chute de tension qui résulte de la 30 division de tension sur les résistances R1 et R2,règle le niveau de contre-réaction, assurant la fonction de limitation uniquement aux crêtes de l'alternance positive du signal sur le collecteur du transistor Q4. Cette action est illustrée par le diagramme de la figure 3. La quantité précise de contre-réaction ou fonction de 35 limitation peut évidemment être réglée suivant les besoins en faisant varier le rapport entre les valeurs des résistances R1 et R2. Si les courants de collecteurs des transistors Q1 et Q1A sont sensiblement égaux, les effets de variation de la longueur de boucle (équivalente à la variation de la tension de batterie) et 40 à la variation de la température sbnnuLent- En raison de Inaction du 69 23160 6 2012502 diviseur de tension que constituent les résistances R1 et R2, cependant, certaines modifications du degré de fonction de limitation sont provoquées par les variations soit de la longueur de la boucle, soit de la température.. Bien que les variations de la tension 5 de limitation dues aux variations de la longueur de la boucle soient négligeables et puissent être négligées dans tous les cas pratiques, les variations de la tension de limitation avec la température ont une amplitude suffisante, approximativement 2,5 décibels, pour demander que soient prévus certains moyens drélimina-10 tion ou de réduction. L'élimination sensible des effets de; température est obtenue selon l'invention en réalisant la résistance R2 à partir de silicium qui a un coefficient de température d'environ 2200 parties par million par degré centigrade, et en constituant la résistanc 3 R2 à partir de tanta] e qui a, un coefficient de 15 température d'environ -100 parties par million par degré centigrade. Il en résulte que, malgré les variations de température, on obtient une correspondance à peu près parfaite de tension entre le point commun entre les résistances R1 et R2 et la base du transistor Q3. C'est cette concordance de tension qui, en fait, élimine 20 les effets de la température sur le circuit limiteur. 69 23160 7 2012502 REVENDICATIONS. 1.- Générateur de signal oscillant comprenant un amplificateur à transistors à plusieurs étages comprenant un étage dfentrée (Q1), un étage de sortie(Q5)et plusieurs étages intermédiaires 5 Q2, Q3 et Q4), une boucle de rétro-action positive connectant la sortie de l'un des étages intermédiaires (Q4) a l'entrée du premier étage (Q1), cette boucle ne contenant que des éléments résistifs et capacitifs constituant un filtre à bande étroite, et un circuit limiteur pour ledit amplificateur, caractérisé en ce que le circuit 10 limiteur comprend un réseau de contre-réaction, comprenant des transistors (Q1A, Q2A) et au moins un élément résistif (R2), interconnectant la sortie du dernier étage int ermédiaire (Q4) et lf entrée d'un autre des étages intermédiaires (Q3). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que les transistors dudit réseau de contre-réaction et les transistors de l'amplificateur sont du même type de conductivité. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les transistors dudit réseau de contre-réaction et les transistors de lfamplificateur sont réalisés dans une seule puce 20 de semi-conducteur. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau de contre-réaction comprend un montage pour régler le niveau du signal de limitation appliqué audit réseau. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en 25 ce que ledit montage comprend un diviseur de tension à résistances comprenant un premier et un second élément résistif connectés en série, le rapport entre les valeurs de ces éléments résistifs déterminant l'amplitude du signal de contre-réaction appliqué par le réseau. 30 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments résistifs ont des coefficients de température différents, ce qui rend la fonction de limitation du circuit à peu près insensible aux effets de variationde la température. 7»- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en 35 ce que le.premier élément résistif est constitué de silicium et en ce que le second élément résistif est constitué de tantale . 8.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau de contre-réaction comprend un premier et un second transistor, le premier transistor ayant sa base connectée à la sortie de l'un des étages intermédiaires, des premiers moyens 69 23160 8 2012502 connectant l1émetteur du premier transistor à la base du second transistor, des deucièmes moyens connectant les collecteurs du second transistor et dTun transistor constituant le premier des étages intermédiaires, et des troisièmes moyens connectant les éraet-5 teurs de ces deux derniers transistors. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractéri3é en ce que les troisièmes moyens sont constitués par un troisième élément résistif, réduisant ainsi le décalage de fréquence du générateur. BAD ORIGINAL