Brevet FR2497035A1 — publié le 19820625

PROCèDE D'ELIMINATION DES SURTENSIONS DANS UN FILTRE A CAPACITES COMMUTEES ET FILTRE A CAPACITES COMMUTEES AINSI OBTENU La présente invention concerne un procédé d'élimination des surtensions dans les filtres à capacités commutées. Elle concerne également les filtres à capacités commutées ainsi obtenus. Les filtres à capacités commutées sont maintenant bien connus, notamment par les articles parus dans la revue "I.E.E.E. journal of solid-state circuits", volume SC 12, numéro 6, de décembre 1977, pages 592 à 608. Les filtres à capacités commutées comportent généralement plusieurs étages. Chaque étage est constitué par un amplificateur opérationnel associé à un réseau de résistances et de capacités; dans ce réseau, les résistances sont remplacées par des capacités commutées par des transistors MOS Le problème qui se pose avec les filtres à capacités com mutées est celui de la surtension en sortie des amplificateurs opérationnels. On dit qu'il y a surtension lorsque, pour une fréquence donnée, la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel d'un étage intermédiaire du filtre est supérieure à la tension de sortie du filtre, et est susceptible de dépasser la valeur limite Vmax, alors que la tension de sortie du filtre n'a pas atteint Vmax. On définit la valeur limite Vmax comme la tension de sortie maximale que peuvent délivrer les amplificateurs opérationnels du filtre, pour une tension d'alimentation donnée, sans distorsions gênantes, c'est-à-dire en tolérant des distorsions inférieures à 0,5 % environ. Lorsque la tension de sortie d'un amplificateur dépasse Vmax, il y a saturation. Le taux d'harmoniques croît alors fortement. Si la bande passante du filtre fait plus d'un octave, ce qui est géne- ralement le cas pour les filtres passe-bas, les harmoniques se trouvent dans la bande passante. Si ça n'est pas le cas, il y a tout de même déformation de la courbe de réponse du filtre. Pour éviter cela, on est conduit lorsqu'il y a surtension, à diminuer la dynamique du filtre en sortie, c'est-è-dire à maintenir la tension de sortie du filtre à une valeur bien inférieur à Vmax pour éviter que la tension de sortie d'un amplificateur d'un étage inter-médiaire ne dépasse Vmax. La présente invention concerne un procédé d'élimination des surtensions. Le procédé selon l'invention permet de rendre les maximums des tensions de sortie des amplificateurs égaux à V,ax > dans la bande passante du filtre. Ainsi, il n'y a plus de surtensions, on peut porter la tension de sortie du filtre à Vmax sans craindre la saturation d'un amplificateur d'un étage intermédiaire puisque la tension de sortie de cet amplificateur ne dépassera pas Vmax Le procédé selon l'invention permet donc d'augmenter la dynamique du filtre en sortie. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: a) on relève la tention de. sortie de chaque amplificateur opérationnel dans la bande passante du filtre, et en particulier la tension maximale ViM de chaque amplificateur Ai; b) on modifie les valeurs des capacités reliées, périodiquement ou en permanence, à la sortie de chaque amplificateur Ai en les multipliant par un coefficient k tel que ViM x k = Vmax, où Vmax représente la tension de sortie maximale qui peuvent délivrer les amplificateurs opérationnels du filtre, pour une tension d'alimentation donnée, sans distorsions gênantes. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: La figure 1, le schéma d'un filtre à capacités commutées; La figure 2, les variations de la tension en sortie de quelques amplificateurs du filtre de la figure 1 ; La figure 3, les variations de la tension en sortie de quelques amplificateurs du filtre de la figure 1 qui a été modifié en utilisant le procédé selon l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 représente le schéma d'un filtre à capacités commutées. Le filtre qui est représenté, à titre d'exemple, a cinq étages. Chaque étage comporte un amplificateur opérationnel A1, A2, A3, A4, A5 dont l'entrée positive est à la masse. Un réseau de résistances et de capacités C est associé à chaque amplificateur. Les résistances sont remplacées par des capacités C commutées par des transistors MOS. Sur la figure, les transistors MOS sont repré- sentés de façon symbolique par des interrupteurs I commandés par deux signaux d'horloge 01 et 5152. On appelle V1, V2, V3, V4, V5 les tensions de sortie des amplificateurs A1 à A5. La tension de sortie V5 de l'amplificateur A5 qui appartient au dernier étage du filtre constitue la tension de sortie du filtre. Sur la figure 2 on a représenté les tensions V3, V4, V5 telles qu'elles peuvent se présenter en sortie des amplificateurs A3, A4, A5, dans la bande passante B du filtre de la figure 1. On constate qu'il y a, par exemple, surtension et saturation en sortie de l'amplificateur A3 et que la tension en sortie de l'amplificateur A4 est très inférieure à Vmax La figure 3 représente les tensions V3, V4, V5 telles qu'elles peuvent se présenter en sortie des amplificateurs dans le cas du filtre de la figure 1 modifié en utilisant le procédé selon l'invention. Dans la bande passante B, les maximums des tensions en sortie de tous les amplificateurs sont égaux à Vmax. Le procédé selon l'invention comporte deux étapes: - on relève la tension en sortie de chaque amplificateur, dans la bande passante, et en particulier la tension maximale ViM de chaque amplificateur Ai; - on modifie les valeurs des capacités reliées, périodiquement ou en permanence, à la sortie de chaque amplificateur A. en les multipliant par un coefficient k tel que: ViM V i = Vmax Ainsi, si on prend pour exemple l'amplificateur A3 de la figure 1. Cinq capacités sont reliées à la sortie de cet amplificateur'-, trois en permanence ce sont les capacités C1, C4 et C5, deux périodi- quement, par l'intermédiaire de transistors MOS, ce sont les capacités C2 et C3.On constate sur la figure 2, que a tension maximale V3M en sortie de l'amplificateur A3 est supérieure à Vmax. Il faut alors changer les valeurs des capacités C1 à C5 en les multipliant par un coefficient k, dans ce cas supérieur à Punité, et el que V3M . 1 = Vmax. n max. En ce qui concerne l'amplificateur A4, on change les valeurs des capacités C6 à C10 reliées à sa sortie en les multipliant par un k coefficient k inférieur à l'unité et tel que: V4jl - = max = V4M représente la tension maximale en sortie de A4. Ainsi, les tensions maximales VIM à V5M en sortie des amplificateurs du filtre seront égales à Vmax sans que les caractéristiques du filtre soient modifiées. Dans les filtres à capacités commutées, lorsque l'une des bornes de certaines capacités commutées est reliée à l'entrée négative de chaque amplificateur, il y a transfert d'une certaine quantité de charges de la sortie de chaque amplificateur vers d'autres points pour annuler la tension entre l'entrée négative et l'entrée positive des amplificateurs. Lorsqu'on multiplie par un coefficient k les valeurs des capacités reliées à la sortie d'un amplificateur, la tension en sortie de cet amplificateur se trouve multipliée par 1/k, ainsi la quantité de charges débitée reste constante. On arrive ainsi en modifiant les valeurs des tensions maximales en sortie des amplificateurs a' V max sans que les caractéristiques du filtre soient modifiées. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élimination des surtensions dans un filtre à capacités commutées à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on relève la tension en sortie de chaque amplificateur opérationnel dans la bande passante du filtre, et en particulier la tension maximale ViM de chaque amplificateur Ai; b) on modifie les valeurs des capacités reliées, périodiquement ou en permanence, à la sortie de chaque amplificateur Ai en les multipliant par un coefficient k tel que ViM x E = Vmax, où Vmax représente la tension de sortie maximale qui peuvent délivrer les amplificateurs opérationnels du filtre, pour une tension d'alimentation donnée, sans distorsions gênantes. 2. Filtre à capacités commutées, caractérisé en ce que le procédé selon la revendication 1 est utilisé pour déterminer les valeurs de ses capacités.