Brevet FR2520138A1 — publié le 19830722

L'invention concerne un simulateur de compo- sants électriques. On connaît déjà la simulation d'un composant électrique et de tels composants simulés trouvent des applications dans les filtres et intégrateurs actifs dans lesquels il faut des réponses en fréquence réglables avec précision. Un exemple connu de composant simulé est la résistance électrique simulée qui a été formée par un circuit à condensateur commuté On peut se référer à cet égard aux deux articles "Filtering techniques with switched- capacitor circuits" de R Gregorian et "MOS sampled-data high-pass filters using switched-capacitor integrators" de R Gregorian et W E Nicholson Jnr publiés dans Microelectronics Journal vol 11 n 2, pages 13 à 25 inclus. Un problème posé par les circuits précités à condensateur commuté est qu'il conviennent essentiellement à une fabrication par la technologie métal-oxyde-semi- conducteur et ne conviennent pas en général à la techno- logie bipolaire On doit utiliser des dispositifs bipo- laireslorsqu'il faut des fréquences très élevées de com- mutation, par exemple dans les applications à haute fré- quence dans le domaine des mégahertz. i nerttion concerne un simulateur de composant électrique qui peut être réalisé en technologie bipolaire. Plus précisément, l'invention concerne un simu- lateur de composant électrique qui comporte un premier noeud, un premier condensateur monté entre un second noeud et un potentiel de référence, un second condensateur monté entre un troisième noeud et un potentiel de référence, une résistance montée entre le premier et le troisième noeud, un premier commutateur électrique monté de ma- nière que, lorsqu'il est ouvert, il isole électriquement le premier noeud du second et, lorsqu'il est fermé, il relie électriquement le premier au second noeud, un second commutateur électrique disposé de manière que, lorsqu'il est ouvert, il isole électriquement l'un de l'autre le second du troisième noeud et, lorsqu'il est en position fermée, il relie électriquement le second au troisième noeud, l'un des premier et second commutateurs étant ouvert lorsque l'autre est fermé, et un dispositif des- tiné à inverser les états du premier et du second commu- tateur en synchronisme l'un avec l'autre à une fréquence prédéterminée de manière que, sous la commande d'un cou- rant prédéterminé transmis au premier noeud, il apparaisse à ce noeud un potentiel qui augmente au cours du temps. Le potentiel croissant au premier noeud est ainsi une simulation de l'effet de l'application d'un courant destiné à charger un condensateur couplé au pre- mier noeud. Un amplificateur tampon peut être monté entre le premier noeud et le premier commutateur. Un second amplificateur tampon peut être monté entre le second noeud et le second commutateur. La résistance peut être reliée directement au premier noeud et peut être couplée au troisième noeud par un troisième amplificateur tampon. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description d'un exemple de mode de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma électrique d'un simu- lateur de composant électrique selon l'invention; la figure 2 est un diagramme des temps repré- sentant des formes d'onde; et la figure 3 est un schéma électrique d'un filtre comprenant le simulateur de composant de la figure 1. On se réfère d'abord à la figure 1; une borne 1 d'entrée qui constitue un premier noeud du simulateur transmet un courant d'entrée, par l'intermédiaire d'un amplificateur tampon 2 à gain égal à un et d'un commutateur 3, afin qu'il charge un condensateur 4 qui a une première borne connectée à un second noeud 5 du circuit et une seconde borne connectée au potentiel de référence ou de masse. Le commutateur 3 a des états ouvert et fermé et, lorsqu'il est ouvert, il isole électriquement les noeuds 1 et 5 alors que, lorsqu'il est fermé, il permet la charge du condensateur 4 à travers l'amplificateur tampon 2. Le second noeud 5 est aussi relié par un second amplificateur tampon 6 à gain égal à 1 etun commutateur 7 à un troisième noeud 8 auquel est aussi reliée une pre- mière borne d'un second condensateur 9 dont l'autre borne est reliée au potentiel de référence ou de masse. Une résistance 10 a une première borne reliée au premier noeud 1 et une seconde borne reliée par un troisième amplificateur tampon 11 à gain égal à 1, au troisième noeud 8. Les commutateurs 3 et 7 sont disposés de ma- nière que, lorsque le commutateur 3 est ouvert, le com- mutateur 7 est fermé et inversement, et les états-de ces commutateurs sont inversés à une fréquence prédéterminée- sous la commande d'un signal d'horloge transmis à une entrée 12 d'horloge qui est reliée afin qu'elle commande les commutateurs 3 et 7 par l'intermédiaire des connexions indiquées en traits interrompus 13 et 14 respectivement. On considère maintenant les revendications 1 et 2 ensemble et on suppose que, au temps t= O les conden- sateurs 4 et 9 ne sont pas chargés, le commutateur 3 est fermé et le commutateur 7 est ouvert On suppose aussi que' à ce moment, un courant II, représenté par la courbe supérieure de la figure 2, parvient à la borne 1 qui forme le premier noeud du circuit. Le courant II circule dans la résistance 10 et le potentiel au noeud 1 devient égal à AV = IIR, R étant la valeur de la résistance 10 En outre, le conden- sateur 4 se charge si bien que le second noeud 5 se met au même potentiel AV que le noeud 1. On suppose maintenant que, après un temps At, le signal d'horloge transmis à la borne 12 provoque une inversion des états des commutateurs 3 et 7 si bien que le commutateur 3 est ouvert et le commutateur 7 fermé. Le potentiel au noeud 5 reste alors à une valeur AV et le potentiel au noeud 8, à savoir celui du condensateur 9, devient aussi AV Le potentiel au noeud 1 prend une nouvelle valeur égale à IIR + AV, c'est-à-dire 2 AV, étant donné la connexion des noeuds 9 et 11 par l'intermédiaire de l'amplificateur tampon 11 et de la résistance 10. Le signal d'horloge transmis à la borne 12 pro- voque une inversion continue des commutateurs 3 et 7 après des périodes successives At et le potentiel au noeud 1 augmente donc linéairement, en gradin comme représenté par la courbe inférieure de la figure 2. La vitesse moyenne d'augmentation du potentiel au noeud 1 est donnée par l'équation d V _ 1 R T= 1 R Fh dt At il I Rh Fh étant la fréquence du signal d'horloge transmis à la borne 12 et At la période de l'horloge. Comme I = C av, C étant la capacité, l'arran- dt' gement de la figure 1 simule un condensateur relié au noeud 1 et la valeur de la capacité simulée est donnée par: R Fh Le simulateur décrit en référence à la figure 1 simule ainsi un condensateur dont la valeur est indépen- dante de la capacité des condensateurs 4 et 8 utilisés dans le simulateur Le condensateur a une valeur qui ne dépend que de la valeur de la résistance 10 et de la fré- quence du signal d'horloge transmis pour la commande des commutateurs-3 et 7. On peut supprimer l'un des amplificateurs tam- pons ou tous ces amplificateurs mais, dans ces conditions, la valeur du condensateur simulé est modifiée et dépend alors de la capacité des condensateurs 4 et 9. Le condensateur simulé peut être utilisé pour la formation d'un intégrateur actif ou d'un filtre actif par connexion du noeud 1 de la borne d'entrée à des com- 25201. posants supplémentaires, par exemple une résistance sup- plémentaire lors de la formation d'un filtre ou un am- plificateur tampon supplémentaire pour la formation d'un intégrateur. On se réfère maintenant à la figure 3 qui re- présente un filtre formé par transmissiorn d'un courant au condensateur simulé représenté sur la figure I et re péré par le rectangle en trait interrompu 15, par l'in- termédiaire d'une résistance supplémentaire 16 ayant une valeur R' Le point 3 d B de la réponse en fréquence de ce filtre est donnée par la formule: R Fh W 3 d B R' La fréquence de ce point à 3 d B dépend donc du rapport de la valeur de la résistance R' et de celle de la résistance 10 du simulateur capacitif et en consé- quence de la fréquence d'horloge, et elle ne dépend pas des valeurs des condensateurs 4 et 9. La présente invention permet donc la réalisation d'un filtre programmable ayant une réponse précise en fréquence par mise en oeuvre de la technologie bipolaire. Il faut noter que l'inve Pnhion n'est ras limitpe I la réalisation par la techrnologie bipolaire mais peut aussi %tre mtise en oeuvre à l'aide de la technologie métal- oxyde-semi-conducteur. REVENDICATIONS 1 Simulateur de composant électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un premier noeud ( 1), un premier condensateur ( 4) monté entre un second noeud ( 5) et un potentiel de référence, un second condensateur ( 9) monté entre un troisième noeud ( 8) et un potentiel de référence, une résistance ( 1 O) montée entre le premier et le troisième noeud, un premier commutateur électrique ( 3) disposé de manière que, lorsqu'il est à l'état ouvert, il isole élec- triquement le premier du second noeud alors que, lorsqu'il est à l'état fermé, il relie électriquement le premier au seconinoeud, un second commutateur électrique ( 7) dis- posé de manière que, lorsqu'il est à l'état ouvert, il isole électriquement le second du troisième noeud et, lorsqu'il est à l'état fermé, il relie électriquement le second au troisième noeud, l'un des premier et second commutateurs ( 3, 7) étant ouvert lorsque l'autre fermé, et un dispositif destiné à inverser les états du premier et du second commutateur ( 3, 7) en synchronisme, à une fréquence prédéterminée, si bien que, sous la commande d'un courant prédéterminé appliqué au premier noeud, il apparait à ce noeud un potentiel qui augmente au cours du temps. 2 Simulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur tampon entre le premier noeud ( 1) et le premier commutateur ( 3). 3 Simulateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur tampon ( 6) monté entre le second noeud commutateur ( 7). 4 Simulateur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un amplifi- cateur tampon ( 11) monté en série avec la résistance ( 10) entre le troisième noeud ( 8) et le premier noeud ( 1). 5 Simulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résistance ( 10) est directement reliée au premier noeud ( 1) et est reliée au troisième noeud ( 8) par l'intermédiaire d'un amplificateur tampon série ( 11). 6 Circuit de filtrage, caractérisé en ce qu'il comprend un simulateur de composant électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.