Brevet FR2519489A1 — publié le 19830708

La présente invention concerne un circuit pour réduire-les signaux de mode commun apparaissant avec des si- gnaux différentiels Une application illustrative est l'amé- lioraiion de la rejection de mode commun à un amplificateur différentiel d'entrée. Fréquemment il-est nécessaire de détecter des si- gnaux de mode différentiel relativements faibles dans la présence de signaux de mode ommun rtativement forts Ceci est particulièrement gênant lorsque le dispositif de détec- tion fonctionne à un potentiel d'alimentation qui est sen- siblement plus faible que l'amplitude du signal de mode com- mun De façon nominale un dispositif de détection,par exem- çiel'amplificateur, sera seulement sensible aux variations du signal d'entrée avec des amplitudes apparaissant dans la gamme du potentiel alimentation Des signaux importants de mode commun superposés sur le signal d'entrée peuvent: a) bloquer le dispositif de détection dans un état particu- lier le rendant totalement insensible aux variations ( par exemple, le signal d'intérêt), b) placer les variations du signal dcns tne gamme du s Ignal d'ent*t àaque 2 ele dispoeitif de détection de façon non souhaitable non linéaire ou c) endommager le circuit d'entrée du dispositif de détection Afin de limi- ter les effets nuisibles des signaux de môde commun impor- tants les auteurs du circuit incluent des atténuateurs entre la source du signal et le dispositif de détection pour assurer que le signal plus la composante de mode commun n'excèdera pas le potentiel alimentation Malheureusement, les atténuateurs atténuent également le signal souhaité ten- dant à réduire la sensibilité totale du circuit. J I Brown dans l'article "Differential Amplifiers That Reject Commob-Mode Currents" publié en Décembre 1971 dans le journal de IEEE de Solid State Circuits, décrit un système de détection différentiel comprenant un premier amplificateur ayant des bornes d'entrée différentielles. Lesigna est appliqué aux bornes d'entrée de l'amplificateur à traverses atténuateurs, par exemple, de simples diviseurs résistifs adaptés, une première extrémité de chaque diviseur est agencée pour recevoir un signal d'entrée respectif et la seconde entrée'de chaque diviseur est reliée àun poten- tiel de référence Un second amplificateur d'entrée différen- tielle est agencé pour détecter sélectivement le signal de mode commun aux bornes d'entrée différentielles du premier amplificateur différentiel Le signal de mode commun détecté est amplifié et inversé par le second amplificateur et utili- sé pour moduler le potentiel de référence de l'atténuateur pour supprimer la composante du signal de mode commun appa- raissant aux bornes d'entrée de l'amplificateur opérationnel par contreréaction négative. Un avantage du circuit de Brown est que le facteur d'atténuation du signal d'entrée peut être réduit de façon significative Un inconvénient du circuit de Brown est que l'amplificateur de contreréaction de mode commun doit avoir un gain relativement élevé Il en résulte que l'amplificateur doit être compensé en phase pour assurer une stabilité avec pour résultat de limiter la réponse en fréquence de la compensation de mode commun. Une seconde solution au problème du signal de mode commun élevé est présentée dans le Fairchild Semicon- ductor 9613 "Dual Differential Line Receiver" Ce circuit détecte sélectivement les signaux de mode commun aux bornes d'entrée des atténuateurs et appliquent un courant de shunt de compensation aux bornes de sortie respectives cbsatténua- teurs Puisque les signaux de mode commun sont détectés avant d'être atténués le gain de l'amplificateur de mode commun n'a pas besoin d'être aussi important comme exigé dans l'agencement de Brown bien que la compensation en phase soit encore exigée Les exigences de gain relaxé dans le circuit de Fairchild 9613 rehatseraientla réponse en fré- quence de la réfection de mode commun. Un inconvénient du circuit de Fairchild 9613 est qu'il utilise deux circuits amplificateurs séparés de contre- réaction et de mode commun A moins que les deux cxuitsd-omtre- réaction de mode commun aient des caractéristiques de répon- se identiques ils tendent à générer un signal différentiel entre les bornes de sortie des atténuateurssensibles aux signaux d'entrée de mode commun Ce phénomène affectera défavorablement la sensibilité ou performance du circuit auquel le signal compensé de mode commun est appliqué. De plus, la compensation en phase limite la largeur de bande utile de rejection de mode commun. Selon la présente invention, on prévoit un circuit pour réduire un signal de mode commun (V Cm) apparaissant avec les signaux de mode différentiel (Vdm) comprenant: des premier et second circuits d'atténuation similaires, ayant chacun une entrée pour recevoir les signaux différentiels et de mode commun, une sortie et une borne commune et un moyen formant circuit ayant des première et seconde connexions d'entrée aux bornes d'entrée des premier et second circuits d'atténuation respectivement, et une connexion de sortie à la borne commune des premier et second circuits d'atténuation pour produire à la con- nexion de sortie un tel signal que le signal de mode différentiel sensiblement libre du signal de mode commun est disponible entre les bornes de sortie des atténuateurs, le moyen formant circuit étant caractérisé en ce qu'il est sélectivement sensible au signal de mode commun aux premières et secondes connexions d'entrée et sensiblement insensible aux signaux de mode différentiel pour produire à la connexion de sortie un signal proportionnel au signal de mode commun et sensiblement en opposition de phase avec celui-ci. Un mode de réalisation du circuit comprend des premier et second atténuateurs similaires ayant des bornes d'entrée respectives pour recevoir le signal d'entrée, des bornes de sortie respectives auxquelles le signal de mode commun est sensiblement éliminé et des bornes communes res- pectives reliées à un potentiel de référence variable Des première et seconde résistances identiques sont reliées respectivement entre les bornes d'entrée des premier et second atténuateurs et une borne d'entrée d'un convertisseur e courant-tension (IVC) dont la borne d'entrée est oendition- née pour rester à un potentiel sensiblement fixe Les cou- rants produits à la borne d'entrée du convertisseur IVC par le potentiel d'entrée de mode commun sont additifs créant un signal d'entrée fini au convertisseur IVC. Le potentiel différentiel d'entrée produit des courants qui se suppriment les uns les autres à la borne d'entrée du convertisseur IVC, ainsi, le convertisseur est sélec- tivement sensible aux potentiels de mode commun Le con- vertisseur IVC produit un potentiel proportionnel au cou- rant d'entrée de mode commun et inversé en phase par rap- port au potentiel d'entrée de mode commun Le potentiel de sortie du convertisseur IVC est appliqué pour moduler le potentiel de référence de l'atténuateur pour réduire ainsi les potentiels des modes communs aux bornes de sortie des atténuateurs Dans le mode de réalisation, le signal de mode commun est appliqué pour compenser un signal at- ténué de mode commun ( aux bornes de sortie des atténua- teurs et le gain en tension de mode commun entre les bornes des atténuateurset la borne de sortie du convertisseur IVC est plus faible que l'unité évitant la compensation en phase avec sa réduction concommittante dans la largeur dans la largeur de bande de mode commun De plus, puisque le signal de cmpenstion est généré par un seul circuit peu d'éléments du circuit sont exigés pour être adaptés facilitant ainsi des contraintes à la fabrication du cir- cuit. L'invention sera mieux-comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparal- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple Mqueli Iutreun ciruit pour réduire'lbs signaux de mode commun apparaissant avec des signaux de mode différentiel en combinaison avec un ampli- ficateur différentiel. Dans le dessin, les signaux Vdm de mode différen- tiel ayant un signal Vcm de mode commun qui leur est cm superposé ddventtzeappliqués aux bornes d'entrée du circuit amplificateur différentiel 30 L'utilisation du circuit amplificateur 30 est montré à titre illustratif et peut être substitué par d'autres circuits ayant des bornes différentiel- les d'entrée et étant sensibles aux signaux différentiels. On supposera que l'amplitude des signaux de mode commun dépasse la gamme des potentiels pour laquelle l'amplifica- teur 30 sera sensible ou que l'amplificateur 30 présente une faible rejection de mode commun etc afin que les ni- veaux d'entréecb mode commun appliqués aux bornes d'entrée d,'un amplificateur soient réduits. Le circuit pour réduire les signaux de mode commun accompagnant les signaux de mode différentiel in- téressants eprend unpmr et secnd atténuate S 10 et 20, des résistances de détection R 51 et R 52 et un convertisseur 1 ourant-tension IVC 40. Un premier signal comprenant le signal de mode commun Vcm et le signal de mode différentiel intéressant Vdm (+) sont appliqués à la borne d'entrée 11 de l'atténua- teur 10 Un second signal comprenant le signal de mode com- mun Vcm et le signal de mode différentiel intéressant Vdm(-) sont appliqués à la borne d'entrée 12 et-l'atténuateur 20. Par définition, les signaux de mode commun appliqués aux bornes 11 et 12 sont en phase et d'amplitude égale Les signaux différentiels sont choisis à des polarités particu- lières seulement pour le but d'analyse, étant bien entendu qu'en général le signal différentiel est unsignal alternatif variant dans le temps. Les signaux d'entrée apparaissent aux bornes de sortie 13 et 14 des atténuateurs réduits par le facteur Rb/(Ra+Rb) o Ra et Rb sont les valeurs de résistance des résistances Ral, Rbl et Ra 2, Rb 2 formant les circuits d'at- ténuation respectifs 10 et 20 A condition que les bornes des circuits d'atténuation soient reliées à un potentiel fixe de référence, les signaux de mode commun et de mode différentiel sont réduits du même facteur Si les signaux de mode commun sont excessifs, le facteur d'atténuation exigé pour conditionner les signaux appliqués à être dans la gamme linéaire d'entrée de l'amplificateur peut rendre de façon nonsouhaitable petits les signaux différentiels. Cependant en modulant le potentiel de référence auquel les bornes communes 15 des atténuateurs sont reliées avec unsi- gnal qui est déphasé de 180 avec le signal de mode commun, le facteur d'atténuation peut être réduit tout en accomplis- sant la rejection de mode commun en excès du facteur d'at- ténuation Si le potentiel de référence est modulé par un signal égal à (-) Vcm ( o @ est une constante de propor- tionnalité) on peut momarerpwanalyse nodale que le signal Vo apparaissant aux bornes de sortie de l'atténuateur sera: V O = Vdm Rb/(Ra+Rb) + Vcm((Rb Ra)/Ra + Rb) ( 1) En choisissant t = Rb/Ra de façon théorique le signal de mode commun peut être complètement éliminé. Le signal de référence des atténuateurs est géné- ré par les résistances R 51 et R 52 respectivement reliées aux bornes d'entrée 11 et 12 qui produisent sélectivement un courant de signal à leur interconnexion 16 proportionnel au signal de mode commun et à l'exclusion du signal de mode différentiel Le signal du courant de mode commun est conver- ti par le circuit 40 en un potentiel de sortie à la borne 17 qui est appliquée à la borne commune 15 des atténuateurs. La borne d'entrée 18 du circuit 40 à laquelle les résistances R 51 et R 52 sont connectées est un point de poten- tiel sensiblement fixe Dans le circuit illustré, ce poten- tiel est égal à la somme des potentiels base-émetteur de transistors T 1 et T 2 Ce potentiel peut être augmenté en incorporant une faible résistance de contreréaction ou dedé- généatino dans e chlet émetteur du transistor T 1 Si une telle rsistan- ce d'émetteur est incluse dans le circuit émetteur du transistor T 1 il peut être avantageux d'incorporer des résistances identiques de contreréaction dans les circuits émetteurs des transistors T 3 et T 4. Pour des buts d'analyse supposons que le poten- tiel à la borne 18 soit zéro (Cette supposition n'a aucun effet sur l'analyse en alternatif du circuit Le fait que le potentiel soit véritablement 2 Vbe a seulement besoin d'être pris en compte pour établir les tensions de polari- sation continue qui apparaissent aux bornes 13 et 14 pour l'application particulière dans laqcpelle e circuit est utilisé). Au vu de la supposition précédente, le courant I 18 s' écoulant dans la borne 18 est donné par: I 18 (Vcm+ Vdm(+))/R 51 +(Vcm+ Vdm(-)/R 52 ( 2) En supposant R Si: R 52 = Rs et Vdm(+)=(-)Vdm() en vertu de la définition normale des signaux de mode différentiel, alors l'équation ( 2) se réduit à I 18 2 Vcm/Rs ( 3) On peut voir à partir de la relation ( 3) que le courant d'entrée au circuit 40 contient seulement des com- posantes des signaux de mode commun. Les transistors Tl et T 2 du circuit 40 forment la section maitre d'un miroir de courant Le transistor T 3 est une première section esclave du miroir de courant et le transistor T 4 est une seconde section esclave du mi- roir du courant Le courant d'entrée I 18 est conduit dans le circuit collecteur-émetteur du transistor Ti et ce cou- rant est réflété ou renvoyé dans le circuit collecteur-émet- teur du transistor T 3 et dans le circuit collecteur-émet- teur du transistor T 4 La valeur du courant conduit dans le circuit collecteur de T 3 est égale de façon nominale à (-)I 18 Ce courant produit un potentiel à travers la résis- tance R 8 qui est translatée à la borne de sortie 17 en vertu de l'action d'émetteur-suiveur du transistor T 5 qui a son électrode de basereliéeà l'interconnexion de la résistahce R 8 et du collecteur du transistor T 3 et son émetteur relié à la borne 17. Le transistor T 4 fonctionne comme un affaiblisse- ment actif pour la borne 17 pour réhausser le temps de réponse du circuit Les transistors T 4 et T 5 fonctionnent de façon push-pull On notera que le transistor T 4 peut être remplacé par une résistance reliée entre la borne 17 et la masse (un affaiblissement passif). Le gain en tension, Gcm, du circuit de mode commun, des bornes 11, 12 à la borne 15 peut être indiqué comme étant égal à: Gcm = 2 R 8/Rs = ( 4) o Rs est la valeur de résistance des résistances de détec- tion R 51 et R 52 En choisissant 2 R 8/RS = Rb/Ra et en choi- sissant R a plus grand que Rb pour la suppression complè- te du signal de mode commun le gain du circuit 40 sera inférieur à l'unité pour tous les atténuateurs ayant un fac- teur d'atténuation plus grand que un-demi Dans ces condi- tions le circuit sera stable à toutes les fréquences et la compensation en phase n'est pas nécessaire L'élimination des exigences de la compensation en phase, par exemple, la nécessité d'une capacité de valeurs r Bativement importan- te a un double avantage Tout d'abord la largeur de bande du circuit de mode commun est réhaussée de façon importante par rapport aux circuits couramment disponibles Deuxiè- mement le présent circuit contribue hautement à une réali- sation sous forme de circuit intégré. Le degré de rejection de mode commun procurable est'indépendant de l'adaptation des atténuateurs et du rap- port respectif de résistance affectant les exigences du gain de mode commun Une petite mauvaise adaptation entre les résistances de détection R 51 et R 52 amènera le courant du signal de mode différentiel à être appliqué au circuit 40 Le courant de mode différentiel à cause de la mauvaise adaptation produira un petit signal de mode commun aux bornes de sortie 13 et 14 des atténuateurs On peut montrer, cependant, que l'effet de la mauvaise adap- tation des résistances de détection est plus faible que la mauvaise adeptt on en pourcentage L RS /RS par le fac- teur de gain de mode commun qui est plus faible que l'unité. L'erreur de pourcentage en rejection du signal de mode com- mun à cause d'une mauvaise adaptation des résistances de détection sera une moitié de pourcentage de)a maiuue adapta- tion en pourcentage a R S/RS. Puisque le pourcentage de la mauvaiser adaptation Ès composartspeut tre fnaintnu à cs valeurs nominales faibles ou petites (Ala fois dans les circuits intégrés discrets et modernes) et puisque l'agencement des circuits réduit de façon inhérente les effets de telles mauvaises adaptations, une rejection de mode commun relativement bonne peut être accomplie sansltincorporation de composants variables, par exemple, un potentiomètre entre R 51 et R 52, pour compenser les mauvaises adaptations de composants. 2519489. R E V E N D I C A T I O N S 1 Circuit pour réduire un signal de mode commun (Vcm) apparaissant avec des signaux de mode différentiel (Vdm) comprenant des premier et second circuits atténuateurs identiques( 10,20), ayant chacun une entrée ( 11, 12) pour recevoir lesdits signaux de mode différentiel et de mode commun, une sortie ( 13,14) et une borne commune ( 15). et un moyen formant circuit ( 40) ayant des première et seconde connexions d'entrée (Rsl,Rs 2) aux bor- nes d'entrée ( 11,12) desdits premier et second circuitsat- ténuateurs ( 10,20) respectivement, et une connexion de sor- tie ( 17) à la borne commune ( 15) des premier et second circuits d'atténuation pour produire à la connexion de sor- tie un tel signal que le signal de mode différentiel sensi- blement libre dudit signal de mode commun est disponible entre les bornes de sortie des atténuateurs, ledit moyen formant circuit étant caractérisé en ce qu'il est sensible sélectivement au signal de mode commun auxdites première et seconde connexions d'entrée et sensiblement insensible aux signaux de mode différentiel pour produire à ladite connexion de sortie un signal proportionnel au signal de mode commun et sensiblement en opposition de phase avec celui-ci. : 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de proportionnalité est inférieur à l'unité. 3 Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun desdits premier et second cir- cuits d'atténuation ( 10,20) comprend un diviseur résistif ayant une première résistance(Ra 2)(Ral) reliée entre ses bornes d'entrée ( 11, 12) et de sortie ( 13, 14) et une secon- de résistance (Rbl, Rb 2) reliées entre ses bornes de sortie ( 13,14) et commune ( 15). 4 Circuit selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les connexions d'entrée pré- citées du moyen formant circuit précité ( 40) comprennent un moyen(Rsl,Rs 2) relié aux bornes d'entrée ( 11, 12) des premier et second circuits d'atténuation ( 10, 20) pour produire un courant proportionnel aux signaux de mode com- mun sensiblement à l'exclusion d'une composante de courant de mode différentiel, et en ce que le moyen formant circuit ( 40) comprend un convertisseur courant-tension sensible au- dit courant du signal de mode cammun pour produire une tension proportionnelle audit courant et d'une relation de phase sensiblement de 1800 audit courant à sa connexion de sortie ( 17). Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen précité pour produire un cou- rant proportionnel au signal de mode commun comprend les première et seconde résistances de détection identiques (Rsl, Rs 2) ayant des première extrémités respectives reliées à un point ( 18) de potentiel sensiblement fixe et des secon- des extrémités respectives reliées aux bornes d'entrée des premier et second circuits d'atténuation ( 10, 20) respec- tivement. 6 Circuit selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le convertisseur courant-tension pré- cité comprend: un miroir de courant (Tl,T 2,T 3) ayant une borne d'entrée ( 18) reliée pour recevoir le courant précité pro- portionnel aux signaux de mode commun et ayant une borne de sortie; une résistance (R 8) reliée entre ladite borne de sortie du miroir de courant et un point de pobent Lel d' alimen- tation; et un transistor(T 5) connecté pour appliquer à la connexion de sortie ( 17) du convertisseur, comme ladite tension proportionnelle à du courant, une tension apparentée à la tension à travers ladite résistance (R 8).