Brevet FR2012503A1 — publié le 19700320

La présente invention se rapporte à des oscillateurs à transistors et plus particulièrement à des circuits limiteurs associés à ceux-ci. Des 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 utilisé sous la forme d'un cadran à clavier pour poste téléphonique. Chaque paire de signaux engendrée par un 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 fréquen-15 ces 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 élé-20 ments déterminant la fréquence dans le circuit de réaction étaient insérés dans le circuit et déconnectés sélectivement afin d'obtenir les combinaisons de fréquences voulues. Des perfectionnements aux circuits de générateurs de signaux multifréquences du type général décrit consistait à utiliser deux oscillateurs à transistors sépa-25 rés, ce qui contribuait à réduire l'interférence entre les fréquences 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. 30 Malgré les perfectionnements susindiqués, des circuits générateurs de signaux multifréquences du type utilisé dans les postes téléphoniques à clavier sont sensiblement loin dêtre idéaux du point de vue de leur construction et de leur fonctionnement. Un des problèmes qui restent non résolus se rapporte au fait que 35 les circuits ne conviennent toujours pas complètement aux 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 des circuits limiteurs traditionnels qui impliquent - i 40 habituellement l'utilisation de diodes limitatrices et au moins une 69 23161 2 2012503 grande capacité de couplage. Bien que 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 nTest pas réalisable commerciale-5 ment pour les diodes du type utilisé jusqu'à pèsent 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 10 fabrication des circuits intégrés non seulement s'oppose aux avantages inhérents en ce qui concerne L'économie et la fiabilité du circuit, mais s'oppose également à toute La souplesse des paramètres de réalisation qui devrait accompagner l'utilisation d'un circuit qui occupe une petite fraction seulement de l'espace re~ 15 quis par des dispositifs traditionnels. Un problème supplémentaire dans les générateurs de signaux multifréquences antérieurs du type mentionné plus haut, concerne également la fonction de limitation et en particulier le fait que dans le circuit limiteur de la technique antérieure, le 20 degré de limitation est influencé indûment par les variations de la longueur 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 cir-25 cuits limiteurs induisent à leur tour des variations de la fréquence de l'oscillateur. La présente invention a donc pour objet général de procurer des solutions aux problèmes susmensioTinés. . Ces problèmes sont résolus selon 1'inventiongrâce à 30 l'utilisation dfun circuit limiteur unique dans la partie amplificateur d'un oscillateur à transistors, tous les éléments du circuit Limiteur pouvant être aisément intégrés avec■la puce de sili-• "cium constituant'les éléments actifs de l'atûplificateur, ou pouvant être intégrés avec des dispositifs en couchés minces utilisés pour 35: certains éléments passifs de l'amplificateur. Selon* l'invention, les effets nuisibles des variations de température sur la fonction de Limitation, différents de ceux auxquels sont soumis les éléments actifs de 1'amplificateur, sont évités. En particulier, les éléments sensibles à la"température de l'amplificateur et du cir-40 cuit limiteur ont été sélectionnés, selon l'invention, en sorte de 69 23161 3 /- %£i )j jL W SJ \J permettre leur incorporation dans une puce de silicium commune et en sorte qœ tous ces éléments partagent précisément le même environnement. Selon un aspect de l'invention, on évite également la 5 possibilité d'affecter la fréquence de l'oscillateur par des influences dues à la température dans le circuit limiteur par le fait que les éléments du circuit limiteur ne sont plus directement associés aux éléments qui déterminent la fréquence de l'oscillateur. Un aspect fondamental du circuit limiteur selon l'inven-10 tion est que la fonction de limitation est obtenue en comparant des signaux alternatifs dans deux sous-circuits distincts mais -interconnectes. Les deux sous-circuits sont identiques et par conséquent les variations du niveau de tension continuequi peuvent se produire par suite de variations de la température ou de 15 la longueur de la boucle ont peu d'influence voire aucune sur la fonction de limitation. L'invention sera décrite à l'aide de la figure unique qui montre un schéma d'un circuit selon l'invention. La figure jointe au présent mémoire montre un circuit 20 oscillateur du type utilisé comme générateur de signaux de cadran dans certains postes téléphoniques à clavieis. Ces postes utilisent habituellement deux oscillateurs identiques, un étant utilisé pour la génération de l'un quelconque parmi quatre signaux appartenant à une bande dé fréquences relativement basses, et l'autre 25 étant utilisé pour la génération de l'un quelconque parmi quatre signaux appartenant à une bande de fréquences relativement élevées. Afin de simplifier l'exposé, un seul oscillateur est représenté sur le dessin. Le circuit limiteur selon l'invention est représenté en 30 trait gras.. La partie traditionnelle de l'oscillateur comprend les transistors Q1 à Q5, Q1" étant l'étage d'entrée, Q5 étant l'étage de sortie. Les résistances R12 à R18 ainsi que les résistances R4 et H5 assurent les fonctions traditionnelles de charge ou de polarisation. Le condensateur C1 assure un circuit de rétroaction de 35 stabilisation entre le deuxième et le troisième étage intermédiaire de l'amplificateur, constitué par les transistors Q3 et Q4. Le filtre à double Té TTF, constituant la partie du circuit qui détermine la fréquence, est un filtre à bande étroite et est absolument classique et utilise uniquement des éléments résistifs et 40 capacitifs. Le déphasage de 180 degrés introduit entre le collec 69 23161 4 2012503 teur du transistor Q4 et la base du transistor Q1 assure la génération du signal oscillant. La fréquence particulière du signal engendré par l'oscillateur est déterminée par la manipulation de l'un des boutons-pous-5 soirs du clavier PB, qui produit une action de commutation propre à connecter une résistance particulière, non représentée, dans le filtre TTF qui correspond au numéro formé d'après le code de fréquences usuel. Bien que le second oscillateur ne soit pas représenté, les connexions avec celui-ci sont indiquées sur le dessin. 10 Le circuit limiteur selon l'invention peut être consi déré comme une boucle de contre-réaction s'"étendant entre le collecteur du transistor Q4 et-la base- du transistor Q2 (point A). ; La boucle de contre-réaction comprend la résistance R1, la jonction base-émetteur du transistor QA, la jonction base-émetteur du tran-15 sistor QC et la résistance R2. Pour décrire le fonctionnement du circuit limiteur, il est utile de considérer deux sous-circuits, le premier comprenant les transistors Q1 et Q2, le second comprenant les transistors QA et QB. Selon l'invention, les transistors QA et QB sontpolari-20 sés exactement de la même manière que les transistors Q1 et Q2. Une polarisation identique est assurée en partie par le choix de la valeur de la résistance R1 pour qu'elle soit sensiblement égale à la résistance série moyenne du filtre TTF. De plus, les valeurs des résistances R3 et R5 sont également prises sensiblement égales, 25 et la valeur de la résistance R2 est sensiblement égale à l'ampli- j t'ude de la résistance R1. En fonctionnement normal, un poste téléphonique est soumis à des longueurs de boucles variables c'est—à- « dire que la distance au central auquel il est raccordé ou au point d'alimentation en énergie varie, de sorte que le niveau de polari-30 sation varie également. 'Grâce au montage de polarisation selon I l'invention, cependant, les points A et.B sont maintenus sensiblement au même potentiel continu quelle que soit la longueur de la boucle. En plus de la longueur de la boucle, les variations de -te» pérature entre les points A et B sont une autre source de diffé-35 rence possible entre les niveaux de polarisation. Selon l'invention, toutefois, tous les transistors de l'amplificateur, traisistors Q1 à Q5, et tous les transistors du circuit limiteur, transistors QA, QB et QC, sont incorporés dans une puce de silicium commune et sont par conséquent tous exposés exactement au même environnement 40 et à la même température. On obtient ainsi une concordance excel- bad original 69 23161 5 2012503 lente entre les potentiels des points A et B quelles que soient les variations de la longueur de la boucle ou les variations de température. C'est la différence de potentiel entre les poiifc s A et B qui établit le degré de limitation. 5 Durant le fonctionnement du circuit, les tensions aux points A et B sont déphasés de 180 degrés. Durant les crêtes positives du signal au point B, le transistor QC est -conducteur et injecte une impulsion de courant en opposition de phase dans la base du transistor Q2. Cette action a pour effet de limiter les 10 crêtes négatives de l'onde appliquée au collecteur du transistor Q5, c'est-à-dire le point de sortie de l'oscillateur.. La résistan ce R2 limite la quantité de contre-réaction qui peut être appliquée à la base du transistor Q2. L'amplitude du signal sur le col lecteur du transistor Q4 est ainsi réglée , selon l'invention, 15 principalement par la chute de tension sur la jonction base-émetteur du transistor QC- 69 23161 6 2012503 REVENDICATIONS. 1.- Générateur de signal oscillant comprenant un amplificateur à transistors à plusieurs étages comportant un étage d'entrée (Q1), un étage de sortie (Q5) et plusieurs étages intermédiai-5 res (Q2, Q3 et Q4), une boucle de rétroaction positive connectant la sortie de l'un des étages intermédiaires (Q4) à 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 10 que le circuit limiteur comprend un réseau de transistors (QA, QB, QC) interconnectant la sortie du dernier étage intermédiaire (Q4) et . l'entrce d'un premier étage intermédiairetQ2), les transistors du circuit limiteur et les transistors de l'amplificateur étant incorporés dans une seule puce de semiconducteur. 15 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux transistors dudit réseau forment un premier sous-circuit, en ce que le premier étage de l'amplificateur forme un second sous-circuit avec le premier étage intermédiaire de l'amplificateur, et en ce que l'amplificateur, la boucle de rétroaction 20 positive et le circuit limiteur constituent un montage pour polariser de façon identique lesdits premier et second sous-circuits. 3•- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé eh ce que le montage de polarisation comprend .un premier élément résistif connectant la sortie du dernier étage intermédiaire à l'élec-25 trode de base de l'un des deux transistors dudit réseau de tran-, sistors, la valeur de cet élément, résistif étant sensiblement égale à la valeur de la résistance série présentée par ledit filtre. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit réseau comprend un troisième transistor, un second 30 élément résistif connecté à l'électrode d'émetteur dudit troisième transistor d'une part et au point d'entrée du premier étage intermédiaire d'autre part, en ce que les valeurs desdits pre-•mfe> et second éléments résistifs sont sensiblement identiques, et en ce qu'un montage est prévu pour connecter l'électrode d'émet-35 teur du dernier des deux transistors à l'électrode de base du troisième transistor. .. 5." Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit collecteur-émetteur de l'autre transistor du premier sous-circuit est connecté entre deux points de l'amplifi- 4° cateur, en ce que l'électrode de base de l'autre de ces deux tran 69 23161 7 2012503 sistors est connectée à l'électrode d'émetteur du premier transistor du premier sous-circuit, en ce qu'un troisième élément résistif est connecté entre l'électrode d'émetteur de l'autre de ces deux transistors et l'un des deux dits points, et en ce qu'un 5 quatrième élément résistif est connecté entre l'électrode d'émetteur du transistor du premier étage intermédiaire et ledit point nommé en dernier lieu, les troisième et quatrième éléments résistifs ayant des valeurs sensiblement égales. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en 10 ce que deux transistors du réseau forment un premier sous-çircuit, eri ce que les deux transistors constituant les premier et second étages de l'amplificateur forment un second sous-circuit, en ce que l'amplificateur, la boucle de rétroaction positive et le circuit limiteur comprennent un montage pour polariser de façon identique 15 lesdits premier et second sous-circuits, de telle sorte que la fonction de limitation soit à peu près insensible aux variations du niveau de polarisation, le niveau de limitation appliqué par le circuit limiteur étant établi par une comparaison de la tension du signal en un point situé entre le premier et le deuxième éta-|20 ge de l'amplificateur avec la tension du signal en un point situé entre les deux transistors du premier sous-circuit. 7-- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lés moyens de polarisation comprennent un premier élément irésistif connectant la sortie de l'avant-dernier étage de l'am-25 plificateur à l'électrode de base de l'un des transistors du premier sous-circuit, ce premier élément résistif ayant une valeur .sensiblement égale à la résistance-série présentée par le filtre. • 8.- Dispositif selon la revsidication 7, caractérisé en ae que le circuit limiteur comprend en outre un montage connec-30 tant l'électrode d'émetteur de l'un des transistors du premier soùs-circuit à l'électrode de base de l'autre de ces transistors, . un deuxième élément résistif ayant une borne connectée à l'électrode d'émetteur de l'autre de ces transistors, et un troisième élément résistif ayant une borne connectée à l'électrode d'émetteur 35 du transistor constituant le deuxième étage du second sous-circuit, les deuxième et troisième éléments résistifs ayant des valeurs sensiblement égales et ayant leurs extrémités libres connectées à un point commun.