Brevet FR2361693A1 — publié le 19780310

La présente invention concerne un circuit destiné à fournir une tension qui dépend de la valeur de la capacité d'un condensateur variable et convient en particulier pour être incorporée dans des dispositifs de commande utilisant des transducteurs du type à capacité variable. L'invention a pour but de fournir un tel circuit sous une forme particulièrement commode Elle a pour objet un circuit destiné à fournir une tension qui dépend de la valeur de la capacité d'un condensateur variable, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle à blocage de phase comportant un oscillateur commandé en tension, un comparateur de phase pour comparer la sortie de l'oscillateur avec un signal de courant alternatif,et un filtre passe-bas placé à la sortie du comparateur de phase et qui fournit à la fois un signal de sortie et un signal de tension de commande pour ltoscillateur commandé en tension; le condensateur variable étant incorporé à cet oscillateur de sorte que la ten- sion de commande nécessaire pour faire fonctionner à une fréquence déterminée l'oscillateur commandé en tension, varie en même temps que la capacité du condensateur variable, le circuit comprenant également un oscillateur de référence pour fournir au comparateur de phase ledit signal de courant alternatif. De préférence, l'osciliateur de référence est constitué par un oscillateur commandé en tension semblable à celui qui est utilisé dans la boucle de blocage de phase mais ayant une tension de commande fixe et comportant un condensateur fixe au lieu du condensateur variable. De façon commode, lorsque le circuit est utilisé dans un circuit transducteur de position, le condensateur fixe et le condensateur variable ont leur diélectrique réalisé dans la même matière. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant aux Figures 1 et 2 qui représentent schématiquement deux exemples de réalisation d'un circuit suivant l'invention. En se référant tout d'abord à la Figure 1 on peut voir un circuit qui fournit une tension qui dépend de la capacité d'un condensateur variable 15. Ce circuit utilise un circuit intégré MC 14046 CMOS, de la Société Motorola, qui est représenté sur le dessin par un rectangle 10 en trait mixte et avec l'indication des numéros de bornes du fabricant. Le circuit intégré 10 comprend un oscillateur 1 commandé en tension (qui n@cessite un condensateur extérieur et deux résistances extérieures) deux comparateurs de phase (dont un seul désigné par la référence 2 est utilisé). abn circuit 3 suiveur de tension de source, et un circuit 4 de polarisation automatique. Le cir- cuit intégré 10 est relié aux tensions d'alimentation VDD et VSS par des conducteurs 5 et 6. Le circuit 10 a une entrée de son comparateur de phase 2 reliée extérieurement à la sortie de l'oscillateur 1 et l1autre #trée reliée à un oscillateur extérieur de référence 11, par l'intermédiaire IBa circuit 4 de polarisation automatique. La sortie du comparateur de phase 2 est reliée à un filtre passe-bas constitué par deux résistances 12,13 et un condensateur 14 montés en série et branchés entre la sortie du comparateur de phase 2 et la masse, la jonction commune des deux résistances 12,13 étant reliée aux entrées de l'oscillateur 1 et du circuit suiveur de tension de source 3. Le condensateur variable 15 est branché entre les deux bornes de l'oscillateur 1 en parallèle avec un condensateur fixe 16. Deux résistances 17,18 relient deux autres bornes de l'oscillateur 1 à la masse. La sortie du circuit est prélevée à partir de l'étage 3 par l'intermédiaire Une résistant 19 dont les deux extrémités sont reliées à la masse par une résistance 20 et un condensateur 21, respectivement. En fonctionnement, les conditons pour maintenir le circuit en blocage ou verrouillage de fréquence sont celles qul t~t déjà biq connues pour les boucles à blocage de fréquence. Lorsque la c;-té du condensa- teur 15 varie, par exemple augmente, alors la fréquence de sortie de osc:iElla- teur 1 tend à diminuer . Le comparateur de phase 2 détecte cette variation de fréquence et la valeur moyenne de sa tension de sortie se modifie de façon à provoquer une augmentation de la tension d'entrée de l'oscillateur 1, rétablissant ainsi la fréquence de l'oscillateur 1 à la valeur de celle de de référence 11. Le filtre constitué par les résistance 12,13 et le conden- sateur 14 est choisi de façon à diminuer la tension d'ondulatia fournie a 'os- cillateur 1 tout en conservant une réponse suffisamment rap pour permettre à la tension moyenne de suivre la variation de capacité du condensateur 15. Le filtre constitué par les résistances 19 et 20 et le condensateur 21 atténue encore l'ondulation de sorte que la tension de sortie V est pratiquement débarassé de toute ondulation. L'oscillateur de référence Il peut autre réalisé exactement comme l'oscillateur 1 représenté à la Figure 1,à cette différence près que la tension fournie à la borne 9 est maintenue constante et que le condensateur 15 a une capacité fixe. Si le diélectrique du condensateur variable 15 est sujet à des variations, par exemple sous l'effet de la température et ainsi que cela peut être le cas si le condensateur 15 fait partie d'un circuit transducteur de posi tion, le condensateur de l'oscillateur de référence 11 peut être réalisé en utilisant le même diélectrique et de préférence avec le même procédé de fabrication. Etant donné que l'oscillateur 1 commandé en tension est conçu pour fonctionner à la même fréquence de référence que l'oscillateur 11, plusieurs circuits identiques ayant chacun leur propre condensateur variable peuvent être prévus pour fonctionner à la même fréquence que l'oscillateur de référence 11, évitant ainsi le phénomène de variation de fréquence (pulling) que l'on rencontre avec les dispositifs de mesure de capacité utilisant une variation de fréquence comme mesure d'une variation de capacité. Par exemple, à propos de la Figure 1, l' oscillateur de référence 11 peut être utilisé comme oscillateur de référence pour plusieurs circuits comprenant les composants 1 à 21 inclus (à l'exclusion de l'oscillateur 11) et comportant chacun son propre condensateur variable 15. Une autre caractéristique de ce circuit réside dans son aptitude à détecter des petites variations d'une capacité variable en présence du condensateur plus important 16 constitué souvent par la capacité répartie du conducteur qui relie le condensateur variable 15 au circuit. En se référant maintenant à la Figure 2 on peut voir un autre circuit qui fournit une tension qui dépend de la capacité d'un condensateur variable 101. Dans ce circuit on utilise plusieurs circuits intégrés et des composants séparés. à semi-conducteurs, au-lieu du circuit intégré de la Figure 1, principalement pour fournir un agencement tel que l'une des bornes du condensateur variable 101 peut être mise à la masse. Le circuit comprend un comparateur de phase constitué par une porte OU - exclusif 102, qui constitue un quart d'un circuit intégré CMOS du type MC 1507 de la Société Motorola, et dont les bornes d'alimentation sont reliées à un conducteur 109 à plus 15 volts et à un conducteur de terre ou de masse 110. La sortie du comparateur de phase est reliée à un filtre passebas constitué par deux résistances 103,104 et un condensateur 105 montés en série entre le sortie du comparateur de phase et la masse . Un suiveur de tension constitué par un amplificateur opérationnel 106 a sa borne d'entrée inverseuse reliée à sa borne de sortie et sa borne d'entrée non inverseuse reliée à la jonction des résistances 103 et 104La borne de sortie de l'amplificateur 106 est reliée à la borne de sortie VOUT par une résistance en série 107. OUT Entre la borne V et la masse est branché un condensateur 131 qui consti- tue un filtre passe-bas avec la résistance 107. La borne de sortie de l'amplificateur 106 est également reliée à la borne d'entrée non inverseuse d'un amplifi cateur opérationnel 108 qui fait partie d'un circuit oscillateur commandé en tension Cette borne d'entrée non inverseuse est reliée au conducteur d'alimentation positif 109 et au conducteur de masse 110 par des résistances 111 et 112 respectivement. Une résistance 113 est prévue dans la liaison entre la borne de sortie de l'amplificateur 106 et la borne d'entrée non inverseuse d#e l'amplificateur 108, cette résistance 113 ayant une valeur sensiblement plus élevée que celle de la résistance 112 de façon à atténuer le signal provenant de l'amplificateur 106. La borne de sortie de l'amplificateur 108 est reliée à la base d'untransistor n-p-n 114 monté en déphaseur avec des résistances 115, 116 qui relient son émetteur et son collecteur aux conducteurs 110 et 109 respectivement. Le collecteur du transistor 114 est relié à la base d'un transistor p-n-p 117 ,dont l'émetteur est relié au conducteur 109 par une résistance 118.De mé me,î1émetteur du transistor 114 est relié à la base d'un transistor n-prn 119 dont l'émetteur est relié au conducteur 110 par une résistance 120.L'émetteur du transistor 119 est relié à la borne d'entrée inverseuse de 11 amplificateur 108. Le collecteur du transistor 119 est relié aux cathodes de deux diodes 121,122 dont les anodes sont respectivement reliées aux cathodes de deux autres diodes 123, 124 dont les anodes sont reliées au collecteur du transistor 117. La cathode de la diode 123 est reliée par le condensateur varia ble 101 au conducteur de masse 110 et également à la borne d'entrée non inverseuse d'un comparateur de tension 125 type LM 311 de la Société National Semi Conductor. Les bornes d'alimentation du comparateur 125 sont reliées au conduc#teur positif 109 par un conducteur 125a et à un conducteur négatif à moins 15 volts par un conducteur 125b . La borne d'entrée non inverseuse du comparateur 125 est reliée par des résistances respectives 126,127 aux condé~ teurs 109,110.La borne de sortie du comparateur 125 est reliée à la base d'un transistor p-n-p 128 dont ltémetteur est relié au conducteur 109 et dont le collecteur est relié par une résistance 129 au conducteur 110 et par une résistance 130 à la borne de prélèvement du comparateur. Une résistance 132 relie le collecteur du transistor 128 à la borne d'entrée inverseuse du comparateur 125 et une autre résistance 133 relie la borne de sortie du comparateur 125 au conducteur 109. Une résistance 134 relie la borne de terre du comparateur 125 au conducteur de terre 110. Enfin, le collecteur du transistor 128 est relié à une borne d'entrée de la porte OU 102,dont l'autre borne d'entrée est reliée à un oscillateur de-référence 135. En fonctionnement, le signal au niveau de la borne d'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 108 varie légèrement autour d'une valeur fixe (d'environ 2,5 V ? en fonction des variations de la sortie de l'amplificateur 106. Les trajets base-émetteur des transistors 114 et 119 constituent un circuit de réaction pour l'amplificateur 108 de sorte que la borne de sortie de cet amplificateur se trouve à une tension qui est décalée d'une valeur fixe (2 x Vbe) au-dessus de la tension de la borne d'entrée non-inverseuse. Le courant dans la résistance 120 est alors directement proportionnel à la tension au niveau de la borne d'entrée non inverseuse de l'amplificateur 108,le transistor 119 agissant en étage à charge d'émetteur. Pratiquement, le même courant passe dans les collecteurs des transistors 117 et 119 en supposant que leurs gains sont élevés. Lorsque la tension au collecteur du transistor 128 est faible (c'est à dire quand la sortie du comparateur 125 est élevée),le courant provenant du transistor 117 traverse la résistance 129. Un courant de même valeur est transmis par le transistor 119 et est fourni par la décharge du condensateur 101 dont la tension décroît linéairement dans le temps jusqu'à ce que le seuil de déclenchement du comparateur 125 soit atteint Lorsque ce seuil est atteint, la tension de sortie du comparateur 125 descend et par con é- quent la tension de collecteur du transistor 128 monte. Le courant de collecteur du transistor 119 est alors fourni par le transistor 128 et le transistor 117 charge le condensateur 101 jusqu'à ce que le seuil de déclenchement du comparateur 125 soit atteint, ce seuil étant supérieur au seuil précédent. Le cycle est alors répété.Le comparateur 125,lue transistor 128 et le comparateur associé fonctionnent comme une bascule de Schmidt avec un hysteresis notable. Comme dans le circuit de la Figure 1, l'oscillateur comman- dé en tension demeure bloqué en fréquence avec ltoscillateur de référence à chaque instant et tout changement dans la valeur de la capacité du condensateur 101 est compensé par une variation correspondante de la tension moyenne de sortie de la porte 102. Les circuits décrits ci-dessus peuvent en particulier être utilisés dans des véhicules pour mesurer des paramètres tels que lthumi- dité,une pression ou une position. - REVENDICATIONS - 1 - Circuit destiné à fournir une tension qui dépend de la valeur de la capacité d'un condensateur variable, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle à blocage de phase comportant un oscillateur commandé en tension, un comparateur de phase pour comparer la sortie de l'oscillateur contrôlé en tension avec un signal de courant alternatif, et un filtre passe-bas à la sortie du comparateur de phase et qui fournit à la fois un signal de sortie et un signal de tension de commande pour l'oscillateur,le condensateur variable étant incorporé à cet oscillateur commandé en tension de sorte que la tension de commande nécessaire pour faire fonctionner à une fréquence déterminée l'oscillateur commandé en tension varie avec la capacité du condensateur variable, un oscillateur de référence étant également prévu pour fournir au comparateur de phase ledit signal de courant alternatif. 2 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur de référence est constitué par un oscillateur commandé en tension semblable à celui utilisé dans la boucle à blocage de phase, mais comportant une tension de commande fixe et un condensateur fixe au lieu du condensateur variable. 3 - Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le condensateur fixe et le condensateur variable ont le même diélectrique 4 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs boucles à blocage de phase et un seul oscillateur de référence.