Brevet FR2519487A1 — publié le 19830708

-1-. "CIRCUIT AMPLIFICATEUR DYNAMIQUE" L'invention concerne un circuit amplificateur dynamique servant, sous la commande d'un signal d'horloge, à amplifier un signal dans un premier intervalle de temps et comportant un cir cuit de réglage du courant de repos servant, durant ce premier in- tervalle de temps, à faire circuler dans le circuit amplificateur un courant de repos dont l'intensité diminue à partir d'une valeur ini- tiale Des circuits amplificateurs dynamiques de ce genre sont appliqués entre autres à des circuits de condensateurs commutables (dits en anglais: "Switched capacitor filters") pour obtenir un effet de filtrage et, on a proposé de les utiliser dans de tels cir- cuits au lieu d'amplificateurs opérationnels entre autres dans les publications suivantes: Copeland, M A and Rabacy, J M: "Dynamic amplifier for M.O S technology", Electronics Letters, 1979, Vol 15, N 10, pa- ges 301 à 302, Hosticka, B J: "Dynamic amplifiers in C M O S techno- logy", Electronics Letters, 1979, Vol 15, N 25, pages 819 à 820, et Hosticka, B J: "Dynamic C M O S amplifiers", IEE Jour- nal of Solid-State Circuits, Vol SC-5, N 5, pages 887 à 894; pu- blications qui, à titre de référence, sont censées être incorporées au présent expose. Un circuit amplificateur dynamique de ce genre présente l'avantage qu'au début de la période d'amplification, c'est-à-dire ledit premier intervalle de temps, le courant de repos du circuit amplificateur est grand, ce qui signifie une vitesse élevée du cir- cuit amplificateur au début de la période d'amplification, et qu'à la fin de la période d'amplification, le courant de repos est fai- ble, ce qui signifie un gain élevé et, par conséquent, une haute précision à la fin de la période d'amplification. Lors de l'utilisation de circuits amplificateurs dynami- 251948 7 -2- ques de ce genre, un circuit de condensateurs commutables consti- tué par ceux-ci est très sensible aux perturbations, notamment à la fin du premier intervalle de temps, o le courant de repos peut être très faible, ainsi que durant un intervalle de temps qui le suit éventuellement et o l'amplificateur est déclenché De plus, il s'avère que des circuits amplificateurs de ce genre donnent lieu à des problèmes si une capacité, par exemple, une capacité d'entrée d'un étage suivant, est intercalée entre les sorties de deux de ces circuits amplificateurs dynamiques. L'invention vise à fournir un circuit amplificateur dy- namique du genre décrit dans le préambule qui ne présente pas les- dits inconvénients A cet effet, l'invention se base sur l'idée que lesdits problèmes sont dus au fait que la valeur finale du courant de repos et, par conséquent, les propriétés d'amplifica- tion ne sont pas définies ou que le courant de repos diminue même pratiquement à zéro et l'amplificateur ne fonctionne plus et que ce cas se présente dans le premier intervalle de temps à moins que, eu égard aux divers écarts de paramètres et au rapport entre l'intensité initiale et l'intensité finale, on choisisse extr&mement élevée l'intensité initiale du courant de repos diminuant, ce qui, souvent, n'est pas désirable, et est remarquable en ce que le cir- cuit de réglage du courant de repos comporte une source additionnel- le servant à faire circuler dans le circuit amplificateur un cou- rant sensiblement constant par rapport audit courant de repos et d'une intensité relativement faible par rapport à ladite valeur initiale pour définir le courant de repos minimal circulant dans le circuit amplificateur à la fin de cet intervalle de temps. En ce qui concerne un circuit amplificateur dynamique dans lequel, pour réaliser ladite allure, le circuit de réglage du courant de repos comporte un condensateur commatable commandé de telle façon que ce condensateur soit chargé durant un intervalle de temps précédant le premier intervalle de temps et qu'il soit déchargé durant le premier intervalle de temps, le dispositif conforme à l'invention peut être remarquable en ce qu'une source de courant est montée dans une chaîne parallèle à la chaîne -3- dans laquelle est montée le condensateur commutable. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre comment l'invention est réalisée. La figure la représente un premier mode de réalisation d'un circuit amplificateur dynamique conforme à l'invention. La figure lb représente quelques diagrammes permettant d'expliquer le fonctionnement du circuit de la figure la. La figure lc représente une partie modifiée du circuit de la figure la. La figure 2 a représente un deuxième mode de réalisation d'un circuit amplificateur dynamique conforme à l'invention. La figure 2 b représente quelques diagrammes permettant d'expliquer le fonctionnement du circuit amplificateur de la fi- gure 2 a. La figure 3 a représente un troisième mode de réalisation d'un circuit amplificateur dynamique conforme à l'invention. La figure 3 b représente quelques diagrammes permettant d'expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 3 a. Le mode de réalisation de la figure la se base sur les circuits amplificateurs dynamiques tels que décrits entre autres dans la publication précitée de B J Hosticka dans "Electronics Letters 1979, Vol 15 pages 819 à 820 et comporte un circuit am- plificateur muni de transistors d'entrée T 1 et T 2 qui sont montés en paire différentielle et dont les électrodes de grille sont reliées aux connexions d'entrée 1 et 2 Un courant de signal de sortie est couplé à une sortie 3 au moyen d'un miroir de courant constitué par les transistors T 3 et T 4 Un courant de source com- commun est appliqué aux électrodes de source des transistors T 1 et T 2 à l'aide d'un transistor T 5 qui est monté en miroir de courant conjointement avec un transistor T 6 dont l'électrode de drain est reliée à l'électrode de grille Pour l'alimentation en courant de repos de l'amplificateur, l'électrode de drain du tran- sistor T 6 est reliée au conducteur d'alimentation positif 4 à tra- vers un condensateur C En parallèle avec ce condensateur, on a monté un interrupteur 5 manoeuvré en correspondance à un signal Q et, entre la capacité C 1 et l'électrode de drain du transistor-T 6 on a intercalé un interrupteur 6 manoeuvré en correspondance à un signal Q. La figure lb représente les signaux Q et-Q Avant l'ins- tant t l'interrupteur 6 est ouvert et l'interrupteur 5 est fermé. Le condensateur C 1 est alors à l'état déchargé A l'instant t 1, l'interrupteur 6 se ferme et l'interrupteur 5 s'ouvre Le condensa- teur C 1 est alors chargée à travers le transistor T 6, ce qui pro- voque un courant de charge diminuant exponentiellement, courant qui provoque un courant de source commun I de la paire différentielle, représenté comme courant Ia sur la figure lb Au bout de quelque t 5 nps, ce courant Ia a diminué au point que la paire différentiel- le T 1,T 2 ne puisse plus fonctionner comme un amplificateur A par tir de cet instant-là, le circuit comportant un tel amplificateur dynamique est particulièrement sensible à des perturbations, telles que la diaphonie de signal d'horloge et le couplage de signal capa- citif Si un circuit de sortie, par exemple, le circuit capacitif d'entrée d'un étage suivant, est intercalé en montage flottant en- tre deux sorties 3 de deux amplificateurs dynamiques selon la figu- re la, cela donne lieu à des problèmes du fait que les deux ampli- ficateurs ne s'arrêteront pas simultanément L'augmentation du cou- rant initial Ia (à l'instant t 1) ne porte pas remède à ce problè- me du fait que, compte tenu du rapport exponentiel entre l'inten- sité initiale et l'intensité finale ainsi que des divers écarts de paramètres, tels que la valeur de la capacité du condensateur C 1 et l'impédance du transistor 6 et compte tenu de la fréquence d'horloge minimale, donc de la durée maximale de la période t 1-t 2 cette intensité de courant initiale devrait être extrêmement gran- de et que la valeur finale du courant n'est pas définie et est très souvent plus élevée qu'il n'est désirable. Une solution conforme à l'invention consiste à monter une source de courant en parallèle avec le condensateur C 1, qui, dans le circuit de la figure la, à la forme d'un transistor T 7 dont l'é- lectrode de drain et l'électrode de grille sont interconnectées Le courant de source commun I qu'on obtient dans ce cas est représen- té par la référence Ib sur la figure lb, le transistor T 7 fixant -5- alors la valeur minimale du courant I à l'instant t A cet ins- tant t 2, l'interrupteur 6 s'ouvre et le courant I est coupé Dans diverses applications, telles que la variante de la figure lc ou dans le cas o le circuit reste encore sensible aux perturbations après l'instant t 2, il peut être désirable de faire en sorte que l'amplificateur soit également actif après l'instant t 2 (et avant l'instant t 1) en faisant circuler un courant de repos minimal. L'une des mesures permettant d'y parvenir consiste à relier l'é- lectrode de source du transistor T 7 à l'autre côté de l'interrup- teur 6, c'est-à-dire le côté opposé à celui auquel elle est re- liée sur la figure la, possibilité qui est représentée par une li- gne pointillée Dans ce cas, le courant I fourni par le transis- tor t continue à circuler aussi après l'instant t 2, comme indi- 7 2 qué par la référence I sur la figure lb. Au lieu d'intercaler la source de courant T 7 dans la chaîne d'entrée du miroir de courant t 5, t 6, il est également possible de la monter à d'autres endroits, par exemple, entre les électrodes de source de la paire différentielle T 1, T 2 et la li- gne d'alimentation négative 10, ce qui est indiqué par la réfé- rence 7 sur la figure la. Dans le circuit de la figure la, durant la phase Q, l'am- plificateur est activé, par exemple, par la lecture d'une source de signal capacitive, par exemple, dans des filtres comportant des condensateurs commutables Durant la phase Q, l'amplificateur est inactif et est réglé éventuellement sur un courant de repos mini- mal I Dans certaines applications, il arrive, par exemple, à la suite du raccordement alternatif à différentes sources de signaux d'entrée, que l'amplificateur doive être actif dans les deux pha- ses Q et Q Dans ce cas, il faut que le courant de repos diminuant exponentiellement circule dans les deux phases On peut y arriver en étendant la chaîne d'entrée du miroir de courant T 5, T 6 de la figure lc Dans cette chaîne d'entrée étendue, un second condensa- teur C 2, montée en série avec un interrupteur 8 qui est manoeuvré en correspondance au signal Q, est intercalée entre les électrodes de drain du transistor T 6 et la ligne d'alimentation positive 4. En parallèle avec le condensateur C 2 est monté un interrupteur 9 251948 7 -6- qui est manoeuvré en correspondance au signal Q Durant la phase Q (entre les instants t 1 et t 2 de la figure lb), o le condensa- teur C 1 fournit le courant de repos à la paire différentiel T 1, T 2, le condensateur C 2 est court-circuité par l'interrupteu 9 A l'instant T 2, l'interrupteur 9 s'ouvre et l'interrupteur 8 se fer- me, tandis que l'interrupteur 6 s'ouvre Durant la phase Q, le condensateur C 2 fournit donc le courant de repos à la paire dif- férentielle T 1, T 2, de sorte que durant cette phase Q il circule également un courant de repos diminuant exponentiellement Cette allure de courant de repos est représentée par la caractéristi- que Id sur la figure lb Dans ces conditions, le courant de repos constantu I est fourni durant les deux phases Q et Q par le tran sistor T 7 du fait que celui-ci est relié à l'électrode de drain du transistor T 6. La figure 2 a représente un mode de réalisation d'un circuit amplificateur dynamique conforme à l'invention qui se base sur le circuit amplificateur dynamique, tel que celui dé- crit par M A Copeland and J M Rabacy dans "Electronics Letters, -5-1979, Vol 15, N 10, pages 301 à 302, la figure 2 b repré- sentant quelques formes de signal permettant d'expliquer le fonc- tionnement de ce circuit amplificateur dynamique. Le circuit amplificateur dynamique de la figure 2 a com- porte un transistor T 8 monté avec l'électrode de source à la mas- se, transistor dont l'électrode de grille constitue la connexion d'entrée 11 A travers un interrupteur 12 commuté par un signal l'électrode de drain est reliée à une borne de sortie 13 qui est reliée à un conducteur d'alimentation positif 15 à travers un interrupteur 14 commandé par un signal Qa ainsi qu'à l'électrode de grille du transistor T 8 à travers un condensateur C 3 Un cir- cuit d'entrée comporte une capacité C 4 dont une borne est mise à la masse et dont l'autre borne, est reliée, d'une part, à l'élec- trode de grille du transistor T à travers un interrupteur 16 com- mandé par un signal Q et, d'autre part, à une entrée de signal 18 à travers un interrupteur 17 commandé par un signal Q. Dans la période précédant l'instant t o(Figure 2 b), con- formément aux signaux Q, Q, Qa et Qb' les interrupteurs 12, 14 -7- et 16 sont ouverts et l'interrupteur 17 est fermé Le condensateur C 4 est alors chargé suivant une tension de signal sur l'entrée 18. A l'instant t 0, l'interrupteur 17 s'ouvre et les interrupteurs 14 et 16 se ferment A travers l'interrupteur 14, le montage série des condensateurs C 3 et C> est alors chargé jusqu'à la tension d'ali- mentation, la répartition de charge sur les capacités C et C étant déterminée par la quantité de charge qui, avant l'instant t 0, a été envoyée vers le condensateur C 4 A l'instant t 1, l'inter- rupteur 14 s'ouvre et l'interrupteur 12 se ferme Les condensateurs C 3 et C 4 commencent alors à se décharger par le trajet électrode de drain électrode de source du transistor T 8, condesnateurs qui, dans ces conditions, servent de source de charge pour le courant tra- versant ce transistor Cette décharge s'arrête à l'instant o la tension sur l'électrode de grille du transistor T 8 a atteint la tension de seuil de ce transistor La charge résiduelle aux bornes du condensateur C 3 dépend alors de ladite répartition de charge intia- le et, par conséquent, du signal sur l'entrée 18 et détermine la ten- sion de sortie sur la sortie 13 L'instant ou' le transistor T 8 est bloqué dépend de différents paramètres, ce qui signifie que ces para- mètres doivent être choisis de façon que la décharge ait lieu dans la période Q De ce fait, le courant I traversant le transistor T 8 présente une allure telle qu'indiquée par la référence I sur la a figure 2 b: un courant à décroissance exponentielle qui diminue jus- qu'à zéro dans la phase Q, ce qui donne lieu aux différents problèmes déjà cités Voilà pourquoi, conformément à l'invention, une source de courant constituée, dans ce mode de réalisation, d'un transistor T 9 à électrodes de grille et de drains interconnectées, est intercalée entre la sortie 13 et le conducteur d'alimentation positif 15 Si cette source de courant fournit un courant I 0, le processus de dé- charge s'arrête lorsque le courant I (Ib sur la figure 2 b) traver- sant le transistor T 8 a atteint une valeur égale à I 0. Pour faire en sorte que le transistor T 8 soit aussi par- couru par un courant 10 au cours de la phase Q, on peut intercaler la source de courant T entre l'électrode de drain du transistor T 8 et le conducteur d'alimentation positif 15 au lieu de l'interca- ler entre la sortie 13 et le conducteur d'alimentation positif 15 Le courant I qui, dans ce cas, traverse le transistor T 8 est indiqué -8- par la référence I sur la figure 2 b. c La figure 3 représente une variante du circuit de la figure 2 a dans laquelle on a appliqué également la mesure conforme à l'in- vention Dans le circuit de la figure 2 a, le condensateur C 4 est chargé jusqu'à la tension d'entrée Vin au cours de la phase Q et est déchargé jusqu'à la tension de seuil VT du transistor T 8 au cours de la phase Qb' de sorte que le transport de charge est égal à (V-V)/C, transport de charge qui, à la suite de la dépen- dance de la tension de seuil VT, est fonction du processus A cause de l'adjonction du transistor de source de courant T 9, les considé- rations faites à l'égard de la tension de seuil Vt s'appliquent alors à la tension de source-grille du transistor T 8 en présence du courant Io. Dans le mode de réalisation de la figure 3, en comparaison du mode de réalisation de la figure 2 a, un condensateur C est in- tercalé entre le point de connexion 11 et l'électrode de grille du transistor T 8 De plus, le point de connexion 11 est relié à une source de tension de référence V à travers un interrupteur 19 ref qui est commandé par le signal Q L'électrode de grille du transistor T 8 est-reliée, d'une part, à l'électrode de drain du transistor. T 8 à travers un interrupteur 20 commandé par un signal Qc et, d'autre part, au conducteur d'alimentation positif 15 à travers un interrupteur 21 commandé par un signal Qd' Le transistor de source de courant T est intercalé entre le conducteur d'alimentation po- sitif 15 et l'électrode de drain du transistor T 8. Durant la phase Q, dans laquelle le condensateur C 1 est chargé jusqu'à la tension d'entrée Vin' le condensateur C 5 est branché d'un côté sur la tension de référence V à travers l'in- ref terrupteur 19 Au cours de cette phase Q, par l'intermédiaire du si- gnal Qd' d'abord l'interrupteur 21 est fermé, de sorte que le tran- sistor T 8 est rendu conducteur, et ensuite l'interrupteur 20 est fermé et l'interrupteur 21 est ouvert, de sorte que, par décharge du condensateur 5 à travers le transistor T 8, la borne de ce condensa- teur qui est reliée à l'électrode de grille du transistor T 8 est porté à une tension VO, c'est-à-dire la tension d'électrode de grille-électrode de source du transistor T en présence du courant I Dans ces conditions, au début de la phase Q, une tension -9- Vref-Vo apparait aux bornes du condensateur CS Pour le reste, durant la phase Q, la situation est égale à celle se présentant dans le circuit de la figure 2 a, dans ce sens qu'un condensateur chargé jusqu'à une tension (Vrer VO) est disposé entre le condensateur C 4 et l'électrode de grille du transistor T 8 Durant la phase la décharge du condensateur C 4 continue jusqu'à ce que l'électrode de grille du transistor T 8 présente la tension VO correspondant au courant I 0, tension à laquelle la tension aux bornes du conden- sateur C 4 est égale à la tension de référence V ref Ainsi le transport de charge à travers le condensateur C 1 est devenu indé- pendant de la tension V O dépendante du processus. Eventuellement, la tension de référence Vref peut être une tension de signal Dans ce cas, le circuit peut être réalisé sous forme d'un intégrateur différentiel. - REVENDICATIONS 1 Circuit amplificateur dynamique servant, sous la commande d'un signal d'horloge, à amplifier un signal dans un premier inter- valle de temps et comportant un circuit de réglage du courant de re- pos C 1 servant, durant ce premier intervalle de temps, à faire circuler dans le circuit amplificateur un courant de repos dont l'intensité diminue à partir d'une valeur initiale,, caractérisé en ce que le circuit de réglage du courant de repos comporte une source additionnelle T 7 servant à faire circuler dans le circuit amplifica- teur un courant sensiblement constant par rapport audit courant de repos et d'une intensité relativement faible par rapport à ladite valeur initiale pour définir le courant de repos minimal circulant dans le circuit amplificateur à la fin de cet intervalle de temps. 2 Circuit amplificateur dynamique, dans lequel pour réaliser ladite allure, le circuit de réglage du courant de repos comporte un condensateur C 1 commutable de façon que ce condensateur soit char- gé durant un intervalle de temps précédant le premier intervalle de temps et qu'il soit déchargé durant le premier intervalle de temps, caractérisé en ce qu'une source de courant T 7 est montée dans une chatne parallèle à la chaîne dans laquelle est montée le condensa- teur commutable.