Brevet FR2513833A1 — publié le 19830401

COMMUTATEUR ANALOGIQUE DE COURANT EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE. L'invention concerne un commutateur analogique de cou- rant réalisé en technologie bipolaire dans lequel le circuit de commuta- tion comporte une diode commutatrice et un transistor intermédiaire d'isolement dont l'émetteur est relié à une source de courant et dont le collecteur est relié à l'anode de ladite diode commutatrice, la bor- ne d'émetteur dudit transistor intermédiaire, les bornes d'anode et de cathode de ladite diode commutatrice constituant successivement l'entrée de signal, l'entrée de signal de commutation et la sortie de signal du- dit commutateur, ledit signal de commutation imposant à ladite diode commutatrice soit l'état conducteur pour lequel le courant injecté par ladite source dans ledit transistor intermédiaire est transmis vers la- dite sortie de signal, soit l'état non conducteur pour lequel ledit cou- rant est dérivé vers ladite entrée de signal de commutation. Un tel circuit de commutation est connu par le brevet anglais n O 1 379 591 dans lequel le transistor intermédiaire à faible ca- pacité de sortie a été introduit pour isoler la source de courant de la diode commutatrice et réduire ainsi la capacité parasite du dispositif. Par ailleurs, la polarisation de ce transistor nécessite l'application sur sa base d'un potentiel fixe fourni par une source de tension exté- rieure Le but de l'invention est de substituer à cette source extérieu- re de polarisation un circuit intégré permettant d'assurer l'auto-pola- risation du transistor intermédiaire A cet effet et conformément à l'in- vention, ladite auto-polarisation est obtenue au moyen d'un deuxième transistor de même type de conduction dont le collecteur rétrocouplé sur la base est relié à la base dudit transistor intermédiaire et à l'anode d'une deuxième diode, les émetteurs dudit deuxième transistor et dudit transistor intermédiaire d'une part et les cathodes de ladite deuxième diode et de ladite diode commutatrice d'autre part étant interconnectés. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure la représente le schéma du commutateur analo- gique de courant conforme à l'invention. La figure lb montre le schéma du même commutateur en vue d'une réalisation sous forme de circuit intégré. La figure 2 montre le schéma d'un assemblage de N com- mutations identiques conformes au schéma de la figure lb utilisable pour la conversion numérique-analogique du signal. Sur la figure la, le circuit de commutation comporte la diode commutatrice D et le transistor intermédiaire Ti de type PNP iso- lant la source de courant Sde ladiode D,l'émetteur de Ti étant relié à S et son collecteur à l'anode de Dc La borne d'émetteur de T et les bornes d'anode et de cathode de D constituent successivement l'entrée c de signal e 1, l'entrée de signal de commutation e 2 et la sortie de si- gnal S du commutateur. Pour que le courant Iel injecté par la source S sur l'entrée e se retrouve transmis de la sortie S ou dérivé vers l'entrée de signal de commutation e 2 selon la valeur du signal de commutation ap- pliqué sur e 2, le transistor Ti doit être polarisé de manière à être en permanence conducteur Dans l'art antérieur cette polarisation est ass- rée par une source extérieure de tension qui porte la base de Ti à un potentiel négatif Le courant injecté 'el est égal au courant émetteur IE de Ti Le courant Is transmis de S ou le courant Ie 2 dérivé vers e 2 est alors égal au courant collecteur d IE de T. Is = I I = -t I s e 2 E +l E a et $ étant respectivement les gains de courant en base commune et en émetteur commun de T Il est possible de s'affranchir de la source extérieure de polarisation grâce à l'auto-polarisation de Ti obtenue conformément à l'invention au moyen du transistor T de type PNP dont le collecteur ré- trocouplé sur la base est relié à la base de Ti et à l'anode de la dio- de D, les émetteurs de T et T d'une part et les cathodes de D et D i c d'autre part étant interconnectés. Les transistors Ti et T supposés identiques ont les mêmes caractéristiques de courants et de gains Le courant injecté Iel est donc égal à la somme 21 E des courants émetteurs de Ti et T Le cou- rant dérivé Ie 2 est toujours égal à a IE, mais dans le courant transmis 1 s, le courant de polarisation I de T se superpose d'une façon perma- nente au courant collecteur a IE de Ti Ce courant Io est la somme des courants base de T et T et du courant collecteur de T. ir i I= 2 (l -)IE + a IE= ( 2 a)IE. On a donc Is IE + ( 2 a)IE' La tension de polarisation du circuit entre ses bornes d'entrée e et de sortie S est égale à deux fois la tension de polarisa- tion de la diode émetteur-base d'un transistor soit environ 1,6 Volt. Dans une réalisation sous forme de circuit intégré du commutateur conforme à l'invention schématisée sur la figure lb, les diodes De et D sont remplacées par les diodes émetteur-base de deux transistors T et T' de type NPN dont les collecteurs rétrocouplés sur c les bases sont reliés respectivement aux collecteurs de Ti et de T et dont les émetteurs sont interconnectés sur la sortie de signal. Le fonctionnement des commutateurs schématisés sur les figures la et lb est affecté par la valeur non négligeable du courant de polarisation constituant une composante permanente du courant transmis. L'expression de Is calculée ci-dessus montre en effet que cette composan- te permanente est du même ordre de grandeur que la composante intermit- tente égale au courant collecteur de Ti-ce qui exclut l'obtention du "O" sur le signal transmis Cet inconvénient se trouve pratiquement éliminé en utilisant le circuit schématisé sur la figure 2 auto-polarisé confor- mément à l'invention au moyen des transistors T et T' et formé à partir de N circuits de commutation (T T,, c T) identiques selon cl il-cn in le schéma de la figure lb avec les N entrées de signal e 11, e 12, en interconnectées et reliées à la source de courant S, les N bases des transistors T 1 il, Ti 2, Tin interconnectées sur les collecteurs de T et T' et les N sorties de signal si, S 2, sn interconnectées sur une borne d'une résistance R dont l'autre borne est reliée à la masse. Le courant Ie injecté par la source de courant S, somme des courants émetteurs des N transistors Til, Ti 2, Tin et du transis- tor T est égal à (n + l)IE si tous les transistors sont supposés identi- ques Si lesn diodes commutatrices formées par les jonctions émetteur- base des transistors Tcl' Tc 2, Tcn reçoivent sur leurs bornes d'en- trée de signal de commutation e 21, e 22, e 2 n, des valeurs de signaux qui les mettent simultanément dans p $ N états non conducteurs et dans n p états conducteurs, la somme des courants dérivés vers les entrées de signal de commutation correspondantes est Im = p I Le cou- rant de polarisation I est la somme des courants base et collecteur de o T et des courants base de Til, Ti 2 Tin On obtient tous calculs ef- fectués: Io= ( 1 N)(n + 1) Io i + N l E ó + 1 N + 1)n+) Le courant transmis Is est égal à la somme des courants dans les N p diodes commutatrices qui se trouvent dans leur état con- ducteur et à laquelle se superpose le courant de polarisation. I = (n p) I + ( 1 B N)(n + 1)I + l'E $ + 1 N + 1 E On obtient ainsi aux bornes de la résistance R suivant les valeurs successives données à p une loi de tension déterminée. Un tel circuit peut être avantageusement utilisé pour la réalisation de convertisseurs numérique-analogique. Le circuit de la figure 2 peut également être considéré comme une ligne d'affaiblissement dont on définit le coefficient de transmission a par le rapport de la somme des courants dérivés à la mas- se Im au courant injecté dans la ligne Ie Le courant transmis utilisa- me ble I s'écrit: I = I I = I ( 1) = I ( 1 a) On en déduit s S e m e 'e e I l'affaiblissement introduit par la ligne = 1 a On définit par ail- leurs le coefficient de réflexion P de la ligne par le rapport du cou- rant dérivé I au courant de polarisation I m o Compte tenu des expressions déjà établies de Ie, Im et I les coefficients de transmission et de réflexion ont pour valeurs: Io, les coefficients de transmission et de réflexion ont pour valeurs: I I m p 1 m p a =n + 1 m a-I -n+î 1 ' P-I 0-1 n+l Si les N + 1 transistors T et T ne sont pas rigoureu- i I e 2 sement identiques on peut écrire a = Eaj avec aj = e 2 M y étant le PJ j I ' e 2 j e courant dérivé vers la borne d'entrée de signal de commutation e 2 j Le courant transmis utilisable I devient: s I = I ( 1 a). s e P J REVENDICATIONS: 1 Commutateur analogique de courant réalisé en technolo- gie bipolaire dans lequel le circuit de commutation comporte une diode commutatrice (D) et un transistor intermédiaire d'isolement (T) dont l'émetteur est relié à une source de courant(S)et dont le collecteur est relié à l'anode de ladite diode commutatrice, la borne d'émetteur dudit transistor intermédiaire, les bornes d'anode et de cathode de la- dite diode commutatrice constituant successivement l'entrée de signal (eh) , l'entrée de signal de commutation (e 2) et la sortie de signal (s) dudit commutateur, ledit signal de commutation imposant à ladite diode commutatrice soit l'état conducteur pour lequel le courant injec- té par ladite source dans ledit transistor intermédiaire est transmis vers ladite sortie de signal, soit l'état non conducteur pour lequel ledit courant est dérivé vers ladite entrée de signal de commutation, caractérisé en ce que ledit transistor intermédiaire est auto-polarisé au moyen d'un deuxième transistor (T) de même type de conduction dont le collecteur rétrocouplé sur la base est relié à la base dudit tran- sistor intermédiaire et à l'anode d'une deuxième diode (D), les émet- teurs dudit deuxième transistor et dudit transistor intermédiaire d'une part et les cathodes de ladite deuxième diode et de ladite diode commu- tatrice d'autre part étant interconnectés. 2 Commutateur formé à partir d'un assemblage de N cir- cuits de commutation identiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites N entrées de signal (e 11,e 2, e eln) sontinterconnec- tées sur l'entrée de signal dudit commutateur reliée à ladite source de courant, les N bases desdits transistors intermédiaires (Til T i 2 T in) sont interconnectées et lesdites N sorties de signal (sp, S 2 ' sn) sont interconnectées sur la sortie de signal dudit commutateur, lesdi- tes N diodes commutatrices recevant sur leurs bornes d'entrée de signal de commutation (e 21, e 22, e 2 n) des valeurs de signaux qui les met- tent simultanément dans p,