Brevet FR2298245A1 — publié le 19760813

La présente invention concerne un circuit d'interface destiné à la commande par multiplexage de dispositifs présentant un seuil, et netamment de dispositifs d'affichage constitués par des matrices ou @es groupes de digits utilisant des cellules à crietaux liquides. On rappelle que la commande par multiplexage d'une matrice d'éléments consiste à commander les éléments non plus individuellement, mais en les groupant ligne par ligne ou colonne par colonne, les differentes lignes, ou les différentes colonnes, étant commandées successivement. Ainsi, dans le cas particulier où les éléments ont à transcrire une information binaire ce qui est le cas notamment des dispositifs d'affichage, où les éléments doivent être ou éteints, ou allumés- une commande par multiplexage opérant, à titre d'exemple, par les lignes, fonctionne de la façon suivante. Un générateur de commande envoie simultanément à la matrice pendant un laps de temps donné, autant de signaux logiques de commande qu'il y a de lignes et de colonnes dans la matrica ; le signal logique "1" est adressé à la ligne à commander, les autres lignes recevant le signal "0" et les colonnes recevant le signal logique "0" ou "1" à transcrire dans les éléments correspondants de la ligne à laquelle est adressé le signal unité ; pendant le laps de temps suivant, un nouvel ensemble de signaux est envoyé de la même façon à une autre ligne, et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes les lignes aient été adressées.Le rôle du circuit d'inter @ace est alors de recevoir du générateur de commande, pour chacune des lignes et colonnes, le signal logique qui lui est destiné et de transcrire ce signal sous forme de tensions appropriées à la commande des éléments de la matrice. Il est également connu que lorsque les éléments composant la matrice sont des dispositifs à seuil qui, comme par exemple les dispositifs à cristaux liquides, ne sont sensibles qu'à la valeur absolue de la tension d'excitation, indépendemment de son signe, il est possible d'appliquer aux éléments de la matrice une tension de commande égale au triple de la tension seuil VS, à condition de disposer de quatre niveaux de tension V, V + VS, V + 2VS et V + 3VS, oW V est une tension arbitraire. les seuls éléments excités sont ceux qui sont à l'intersection d'-une ligne à la tension V et d'une colonne à la tension V + 3Vs, et sont ainsi soumis à une différence de potentiel 3VS, triple de la tension seuil.Les autres éléments étant soumis à une différence de potentiel VS (intersection d'une ligne à la tension V et d'une colonne à la tension V + Vs ou d'une ligne à la tension V + 2VS et d'une colonne à la tension V + 3Vs) ou -Vg (ligne à la tension V + 2V5, -colonne à la tension v + Vs), ne sont pas excités puisque l'effet utilisé ne se manifeste que pourune différence de potentiel supérieure en valeur absolue à la tension seuil. Enfin, on sait par ailleurs qu'un dispositif d'affichage digital comportant M digits de N segments est susceptible du même type de commande par multiplexage qu'une matrice de M lignes et N colonnes. L'Qlectrode commune des N segments d'un même digit fait office de ligne, et tous les segments identiques des différents digits sout électriquement connectés pour faire office de colonnes. En ce qui concerne plus particulièrement les dispositifs d'af- fichege-utilisant des cellules à criståux liquides, il n'est pas inutile de rappeler que leurs applications ont été jusqu'à présent limitées principalement par les difficultés posées par les circuits d'interface.Alors qu'un des principaux intérêts de ces cellules est de n'entraîner que de très faibles puissances de commande, les circuits d'interface jusqu'à présent proposés pour leur mise en oeuvre étaient en eux-mêmes de gros consommateurs d'énergie. En outre, leur complexité, liée à l'existence d'une tension seuil et à la quasi obligation d'une commande en tension alternative pour accroître la durée de vie des cellules1 rendait ces circuits d'interface par trop volumineux. I1 apparait maintenant que l'emploi futur de matrices importantes ou d'affichages comportant plus de huit digits à sept segments et utilisant des cellules à cristal liquide, soit conditionné par la réalisation circuits d'interface intégrés, peu encombrants et à faible consommation. L'objet de la présente invention est précisément un circuit d'interface pour commande par multiplexage qui réponde à ces divers impératifs. Le présent circuit eSt notamment utilisable pour la commande des dispositifs d'affichage à cristaux liquides, et ceci quel que soit leur mode de fonctionnement : diffusion dynamique, biré- fringence ou structure en hélice. I1 permet de fournir une tension d'excitation alternative triple de la tension de seuil. Enfin, notamment du fait qu'il ne met en jeu aucun élément résistif faisant office de diviseur de tension, il est facilement intégrable. Conformément à la présente invention, on constitue un circuit d'interface en associant à chaque ligne et à chaque colonne de la matrice un commutateur à deux positions, commandé par le signal logique de commande destiné à cette ligne ou à cette colonne ; sur l'une des entrées de chaque commutateur est appliquée une tension alternative en forme de créneaux carrés variant de V à V + 3Vs, et sur l'autre entrée, une tension synchrone de même forme variant entre V + V5 et V + 2Vs. Le circuit d'interface comporte également un générateur de tensions créneaux pour fournir ces deux tensions à l'ensemble des commutateurs. l'invention et les avantages-qutelle présente seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-après et des dessins snne2éSs OÙ: - la figure 1 représente le schéma d'un circuit d'interface selon l'invention, coopérant avec une matrice d'éléments et un générateur de commande par multiplexage un générateur de tensions d'alimentation - la figure 2 représente le schéma d'un générateur de tensions créneaux selon l'invention, faisant partie du circuit d'interface représenté par la figure 1 - la figure 3 représente le schéma d'un commutateurfà deux positions utilisable dans le circuit d'interface selon l'invention. On peut voir, sur la figure 1, un schéma de principe montrant la connexion du circuit d'interface selon l'invention avec d'une part, la matrice à multiplexer, et d'autre part, le générateur de commande émettant les signaux logiques de multiplexage et le générateur d'alimentation en tensions de la matrice. La matrice 1 est composée de M x N éléments à seuil, par exemple M z N cellules à cristal liquide B ..,EMN ; les électrodes inférieures de ces cellules sont interconnectées pour former les lignes L, ...,LM, les électrodes supérieures le sont également pour former les colonnes C1, ...,CN. Ces cellules, toutes identiques,. sont caractérisées par l'existence d'une tension de seuil V : le phénomène électro-optique mis en jeu pour l'affichage (diffusion dynamique par exemple) ne se manifeste que si la différence de potentiel appliquée entre les bornes de la cellule est supérieure à Vs. Le générateur de commande 2 émet l'ensemble de (M + N) signaux logiques binaires de commande SL1, ...,SC1, ...,SCN simultanés, renouvelés à la fréquence F, nécessaires pour la commande par multi plexage de la matrice. il émet également, en synchronisme avec les signaux de commande un signal binaire de commutation K, à une fréquence kF qui est un multiple entier de la fréquence F à laquelle se renouvellent les signaux de commande. Le générateur 3 engendre les tensions continues 0, Vs, 2V5 et 3VS, correspondant aux tensions V, V + Vs, V + 2Vs et V + 3VS, pré cédemment mentionnées dans lesquelles une valeur nulle a été choisie comme valeur arbitraire V. Ces quatre tensions sont destinées à l'alimentation du-circuit d'interface 4. Le circuit d'interface est composé d'un générateur de tensions créneaux 40 et d'autant de commutateurs à deux positions, référencés 4L1, ...,4LM, 4C1,...,4CN qu'il y a de lignes et de colonnes à alimenter dans la matrice. Le générateur de tensions créneaux reçoit du générateur de tensions continues les quatre tensions 0, Vs, 2V5 et 3VS, et du.gé- nérateur de commande 4 le signal binaire de commutation K. Il engen re deux tensions en forme de créneaux carrés x et Em, , synchrones du signal K et en phase avec ce dernier, et deux tensions de mesme forme et Km, également synchrones du signal K, mais en opposition de phase avec lui ; les deux tensions alternatives KM et KM oscillent entre les valeurs O et 3VS, alors: que les deux tensions K et oscillent de VS à 2V5. La figure 2 montre un exemple de réalisation au générateur 40, à l'aide de quatre commutateurs identiques à deux positions C1, C2, C3 et C4. Ces commutateurs ont leurs entrées gauche et droite respectivement reliées aux tensions continues VS et-2Vs et Vs, O et 3VS, 3VS et O,et délivrant respectivement, sur commande du même signal K, les tensions Km, Km, KM et KM. En effet, si l'on admet que pour les valeurs logiques K = O et K = 1, les commutateurs sont fermés respectivement sur les positions gauche et droite, le commutateur C1, par exemple, délivrera la tension VS pour K = O et 2VS pour E = I, c'est-à-dire la tension Km en phase avec K. Les (M + N) commutateurs à deux positions 4L1, .., 4LM, 4C1, ...,4CM, tous identiques et respectivement associés aux lignes L1, ...,LM et aux colonnes C1, ...,CN, sont respectivement commandés par les signaux de commande SL1, ...,SLM, SC1, ...,SCN émis par le générateur de commande 2. Les M commutateurs 4L1, ...,4LM assbciés aux lignes reçoivent sur leur entrée droite la tension KM, sur leur entrée gauche la tension K et ont leur sortie directement connentée à la ligne associée. Les N commutateurs LC1, ...,4CN associés aux colonnes reçoivent respectivement sur leurs deux entrées droite et gauche les tensions x et Km, et ont leur sortie directement connec- tée à la colonne associée. Le tableau ci-dessous, résume le fonctionnement du circuit d'in- terface 4. il indique les tensions V délivrées par lessblocs "ligne" et "colonne" en fonction des valeurs des signaux S et X, ainsi que les différences de potentiel appliquées à un élément de la matrice situé à l'intersection d'une ligne et d'une colonne soumises à des tensions données.On voit que chaque élément est soumis à une tension alternative, dont l'amplitude crête est égale à 3VS lorsque les si gnaux S simultanément appliqués à la ligne et à la colonne présentent tous deux la valeur logique "1" et à VS lorsque l'un au moins de ces signaux présente la valeur logique "0". 5=0 5=1 1 x=0 K=1 E = O E = 1 BIGNE - 2Vc v 3vs u, = o 9=0 VL -VSa +Vsn 2V, S= v ~ s~ K K = 1 +5vsVL = O 3V /S=l J ; K = 1 VX = 3V - Tableau 1 En se rapportant à nouveau à la figure I, on constate que, compte tenu des positions des différents commutateurs, les seuls éléments, parmi ceux représentés, qui soient excités sont les éléments E11 et E1N appartenant à la ligne 11, soumise à la tension KM et aux colonnes C1 et CN, soumises à la tension KM, et qui sont ainsi soumis à une différence de potentiel de valeur crête 3VS. La figure 3 décrit un exemple de réalisation d'un commutateur à deux positions utilisable soit comme l'un des commutateurs, référencés 4L1, ..., 4CN dans la figure 1, associés aux lignes ou aux colonnes, ou comme l'un des quatre commutateurs référencés C1,- C2, C3 et C4 dans la figure 2- et appartenant au générateur de tensions créneaux 40. Ce commutateur est constitué par deux portes analogiques MOS ou C/MOS (MOS complémentaires) P et PD et un inverseur I. Les deux portes PG et r sont disposées en parallèle, et leurs bases sont reliées par le canal de l'inverseur I. Chaque porte analogue joue le rôle d'un interrupteur qui est ouvert ou fermé (résistance quasi infinie ou quasi nulle entre émetteur et collecteur) selon que la valeur logique ap pliquéé à la base est égale à "1" ou à "0". Les émetteurs des deux portes sont réunis pour former la sortie du commutateur, les tensions VG et VD à commuter étant appliquées aux collecteurs. le signal de commande SC est appliqué entre -une des bases et l'inverseur.Le fonctionnement du dispositif est le suivant : quand le signal SC présente la valeur logique "O", il ferme l'interrupteur constitué par la porte PG, et la tension VG est délivrée par la sortie du commutateur ; la porte PD, qui reçoit par le canal de l'inverseur I le signal inverse Sc, présentant la valeur logique "1" est ouverte. La configuration inverse se produit quand le signal SC présente la valeur logique "1", ouvrant ainsi l'interrupteur PG et fermant l'interrupteur de de telle sorte que la tension VD est délivrée à la sortie du commutateur. L'invention a été décrite dans le cas spécifique où les portes analogiques PR et P' contenues dans les commutateurs à deux positions AR sont des portes à canal p, ouvertes sur commande de la valeur logique "1". Il est également possible, en modifiant en conséquence la position de l'inverseur ou en invertissant les signaux de comman de,d'utiliser des portes analogiques à canal n, ouvertes sur commande de la valeur logique "0". Dans ce qui précède, les signaux de commutation K et K ont été décrits comme ayant une fréquence qui est multiple entier de la fréquence à laquelle se renouvellent les signaux logiques de commande S. Cette précaution qui entraine la synchronisation des générateurs 2 et 3, n'est en rien indispensable à un fonctionnement correct de l'invention, à condition toutefois que la fréquence des signaux K et K reste notablement supérieure à celle du signal de commande. REVENDICATIONS 1. Circuit d'interface pour la commande par multiplexage d'une matrice de -M lignes et N colonnes d'éléments présentant une tension seuil d'excitation, recevant à fréquence fixe (M + N) signaux de-com- mande binaires respectivement associés à chaque ligne et colonne pour soumettre les dits éléments à une tension alternative de valeur crête égale au triple de la dite tension seuil pour les éléments à exciter et à la tension de seuil pour les éléments à ne pas exciter; ledit circuit étant caractérisé en ce que : recevant également un signal de commutation binaire, de fréquence fixe supérieure à celle du dit signal de commande, ainsi que quatre tensions continues d'alimentation de valeur V, V + Vs, V + 2VS et V + 3Vs, VS étant la valeur de la dite tension de seuil et- y une tension arbitraire ; il comporte : un générateur commandé par le dit signal de commutation et délivrant à partir des dites tensions d'alimentation quatre tensions alternatives en forme de créneaux carrés ; la première et la seconde d'une part, la troisième-et la quatrième d'autre partayant pour extrême respectifs les valeurs V et V + 3VS d'une part, V + Vs et V + 2Vs d'autre part ; les premières et troisièmes d'une part, deuxièmes et quatrièmes d'autre part étant respectivement en phase et en opposition de phase avec le dit signal de commutation ; et également M + g commutateurs identiques à deux positions, ayant leurs sorties respectivement reliées aux dites lignes et colonnes et respectivement commandés par les dits signaux de commande, les commutateurs associés aux lignes et ceux associés aux colonnes recevant respectivement les premières et quatrièmes et les deuxièmes et troisiemes tensions créneaux. 2.Circuit d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit générateur comporte quatre commutateurs identiques à deux positions commandés par le dit signal de commutation. 3.Circuit -d'interface selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dits commutateurs à deux positions comprennent chacun deux portes snnlógxques et un inverseur, le signal commandant les dits commFtateurs étant appliqué aux bases desdites portes, directement pour l'une et par le canal dudit-inverseur pour l'autre. 4. Circuit d'interface selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites portes analogiques sont des portes MOS. 5. Circuit d'interface selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites portes analogiques sont des portes MOS complémentaires.