Brevet FR2528261A1 — publié le 19831209

GENERATEUR D'IMPULSIONS AYANT UNE DUREE FIXE PROPORTIONNELLE A UNE DUREE DE REFERENCE. La plupart des générateurs d'impulsions de durée constante, déclenchables ou non, que l'on appelle généralement bascules monostables, établissent un créneau dont le début coincide avec le déclenchement de la charge d'un condensateur à courant constant et dont la fin est déterminée par l'obtention d'une tension déterminée aux bornes du condensateur ; un conparateur détecte l'obtention de cette tension par comparaison avec une valeur de référence. La durée du créneau engendré par le générateur est donc directement fonction de la constante de temps de charge du condensateur, donc en pratique, si l'on veut réaliser le genérateur au sein d'un circuit intégré, d'une valeur de résistance intégrée et d'une capacité également intégrée. La précision sur la résistance et celle sur la capacité interviennent directement dans la précision de la durée du créneau.Or, la precision sur une capacité intégrée est toujours faible, surtout si la capacité est de très petite valeur, ce qui est souhaitable pour qu'elle n'occupe pas une surface de circuit trop importante. I1 est en général hors de question de prévoir une capacité extérieure au circuit intégré, car cela suppose au moins une borne de sortie extérieure supplémentaire pour le circuit alors que l'on cherche toujours à limiter au maximum le nombre de connexions vers l'extérieur, pour des raisons d'encombrement, de fiabilité, de facilité de montage, etc. On est lonc réduit à avoir une très faible précision sur la durée du monostable réalisé ciassiquement par la charge d'un condensateur entre deux valeurs de tension fixes. titre d'exemple d'application dans laquelle la pressente invention trouve un intérêt tout particulier, on peut citer un circuit intégré de commande de balayage d'un tube cathodique de récepteur de télévision : ce circuit est complexe et comporte un grand nombre de connexions extérieures ; il nécessite un monos table déclenchable à un instant variable de chaque période de balayage ligne (64 microsecondes), mais la durée de l'impulsion engendrée doit entre fixe (26 microsecondes par exemple), pour produire un créneau de mise en conduction d'un transistor relié au transformateur de balayage horizontal et assurer ainsi la commande de déviation horizontale du faisceau électronique du tube cathodique.Le monostable n'est qu'une petite partie du circuit et doit occuper une place réduite, et il n'est pas pensable de prévoir une borne de plus pour une capacité extérieure. De multiples autres applications analogues pourraient être envisagées. Pour réaliser un monostable utilisant une capacité de tres faible valeur, facilement intégrable, sans que la précision de cette capacité influe sur la précision de la durée du monos table, la présente invention propose un circuit dans lequel la durée du créneau produit est proportionnelle à une autre durée fixe fournie sous forme de creneau à I'entrée du circuit, sans qu'il y ait obligatoirement un lien entre la phase du créneau d'entrée et celle du créneau de sortie. Pour y parvenir, on utilise la décharge à courant constant d'une capacité qui a été préalablement chargée avec un autre courant constant pendant une durée fixe connue.Ainsi, la précision de la durée du monostable rapportée à la durée fixe connue ne dépend plus que de la précision du rapport de deux courants constants ; en circuits intégrés, on sait maintenant bien réaliser des sources de courant constant dont les intensités sont dans un rapport connu avec une bonne précision. e gér.érateur d'l=pulsions selon l'invention comprend plus précisément lne bascuLe bistabie declenchable ayant une entree de basculement et une entrée de retablissement, un condenmateur relié à une entrée d'un comparateur de tensions dont autre entrée est reliée à un potentiel de référence et dont la sortie est reliée à l'entrée de rétablissement de la bascule bis table, une première source de courant commandable en tout ou rien par un signal en créneau ayant une durée de référence, pour charger le condensateur, et une deuxième source de courant comman dable en tout ou rien essentiellement par la sortie de la bascule, pour décharger le condensateur. La sortie du générateur est prise à la sortie de la bascule ; le déclenchement du monos table peut se faire par application d'une impulsion à I'entrée de basculement de la bascule (qui constitue donc une entrée de déclenchement du générateur). Dans l'application en télévision mentionnée ci-dessus, l'invention est particulièrement intéressante car - on dispose justement de durées de référence périodiques, par exemple des créneaux de 10 microsecondes à chaque balayage de ligne, - le rapport entre la durée du créneau à produire et la 11ee J référence, donc entre les courants de charge et de de charge est relativement proche de 1 (par exemple 26 microsecondes/10 microsecondes), ce qui est favorable à l'obtention d'une bonne précision sur ce rapport. - on désire produire un créneau de phase variable par rapport à la durée de référence, et le monostable selon l'invention permet de le faire très facilement. On peut prévoir que le générateur ne possède pas d'entrée de déclenchement spécifique et que le créneau engendré débute par exemple systématiquement à la fin de la durée de référence. Les sources de courant de rapport connu seront réalisées de préférence au moyen de deux transistors recopiant un courant circulant dans une même branche de circuit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexes dans lesquels - la figure 1 est un schéma global du générateur zonostable selon l'invention, - la figure 2 représente un diagramme temporel multiple de fonctionnement du générateur, - la figure 3 représente un exemple de réalisation en circuit intégré de deux sources de courant de rapport constant, - la figure 4 représente un mode de couplage des sources de courant, du condensateur et du comparateur de la figure 1, qui évite la décharge du condensateur pendant les instants de repos. Le générateur de l'invention est représenté schématiquement à la figure 1 avec une bascule RS 10 (entrée de rétablissement R, entrée de basculement S, sortie Q), un comparateur 12 dont la sortie est couplée à entrée de rétablissement R, et dont une entrée est reliée à un potentiel de référence V1 (qui peut etre égal à zéro) et l'autre entrée est reliée à un condensateur C relié par ailleurs à une masse du circuit. Une première source de courant 14 est reliée entre le condensateur et une alimentation électrique à une tension Vcc pour permettre de charger le condensateur avec un courant constant Ic. Elle est commandable en tout ou rien par une entrée sur laquelle on peut appliquer des créneaux de durée de référence Tr ; par conséquent, pendant un créneau de durée Tr la source 14 fournit le courant Ic tandis qu'en dehors de ces créneaux elle ne fournit aucun courant. Une deuxième source de courant 16 est reliée entre le condensateur C et la masse pour permettre de décharger le condensateur avec un courant constant Id ; elle possède aussi une entrée de commande en tout ou rien reliée à la sortie de la bascule 10 pour fournir un courant de de charge Id pendant que la sortie de la bascule est au niveau où elle a été mise par son entrée S ; elle ne fournit aucun courant de de charge lorsque la bascule a été remise à son état initial par I'entrée R. La sortie du générateur est la sortie Q de la bascule ; l'entrée de déclenchement du générateur est I'entrée S ; une entrée supplémentaire est I'entrée de commande de la première source te -olrant, par vaque'le on applique des creneaux de durée r. e diagramme temporel de fonctionnement de ce générateur est :lsible à la figure 2. A la ligne a, les créneaux de référence Tr sont visibles (deut au temps tt, fin au temps t2), et à la ligne b le courant c le charge du condensateur C qui n'existe que pendant ces créneaux. A la ligne c, on a represente un ordre de déclenchement du générateur monostable, sous forme d'une impulsion de déclenchement appliquée à l'entrée S de la bascule, à un moment quelconque (temps t3) à partir du début d'un créneau de référence Tr mais suffisamment avant le créneau Tr suivant pour que le créneau engendré par le générateur soit terminé au moment de l'apparition du créneau suivant. A la ligne d on voit la sortie de la bascule 10 donc du générateur : l'impulsion engendrée débute au moment de l'ordre de déclenchement puisque cet ordre fait changer d'état la bascule 10. Elle se termine lorsque le comparateur 12 applique un ordre de rétablissement à la bascule du fait que la tension aux bornes de la capacité est devenue inférieure à la tension de référence V1 (temps t4). La durée du créneau engendré est ts = t4 - t3. A la ligne e on a représenté le courant de décharge Id de la capacité C, courant qui n'existe que pendant l'intervalle t3, t4. Enfin, à la ligne f on voit la tension Vc aux bornes du condensateur C : avant tl, cette tension est à V1, le condensateur C n'étant ni chargé ni déchargé par les sources de courant 14 et 16 qui sont inactives ; de tl à t2 le condensateur se charge et l'accroissement de la charge à ses bornes est égal à IcTr ; de t2 à t3 les sources sont inactives (dans le cas où t3 est postérieur à t2) ; de t3 à t4 la source 16 décharge le condensateur jusqu'à ce que sa tension revienne à la valeur V1 ; il perd exactement la charge IcTr acquise précédemment, et comme le courant de décharge est Id, cette perte se fait en une durée t5 = IcTr/Id. La durée du monostable ne dépend donc que de Tr (supposé bien connu) et du rapport Ic/d, ais en aucun cas de la valeur de la capacité C. TI est bien entendu nécessaire, pour que ce calcul soit alable, que le condensateur ne puisse se décharger ou se charger autrement que par les sources de courant 14 et 16 ; il faut en particulier que le comparateur 12 ait une impédance d'entrée apparente infinie vue du condensateur C, c'est à dire en pratique qu'aucun courant de charge ou décharge ne circule dans la capacité en dehors des créneaux ts et Tr. La figure 3 représente un exemple réalisable en circuit intégré des sources de courant 14 et 16 couplées au condensateur C. Un transistor T6, PNP, dont l'émetteur est à la tension d'alimentation Vcc, fournit sur son collecteur le courant Ic (première source de courant). Ce collecteur est donc relié au condensateur C. Le transistor T6 recopie le courant d'un transistor PNP T5 du fait que les deux émetteurs de ces transistors sont reliés, de meme que les deux bases. Le collecteur de T5 est relié au collecteur d'un transistor T3, NPN, dont l'émetteur est relié à deux résistances en série R3 et R'3, ces résistances étant insérées entre cet émetteur et la masse. Un transistor PNP Tut 1 à gain important (collecteur relié à la nasse, émetteur relié aux bases des transistors T5 et T6, base reliée au collecteur de T5) permet d'écouler vers la masse les courants de base de T5 et T6, et d'obtenir une bonne recopie du courant de collecteur du transistor T3 (sortant de l'ensemble T5, T'1) et du courant de collecteur de T6 (Ic), sans que les courants de base de T5 et T6 n'apportent un déséquilibre dans la recopie. Les transistors T5 et T6 sont supposés identiques. Un transistor NPN T4 a sa base reliée à la base du transistor T3 et son émetteur relié à la masse par l'intermédiaire de deux résistances en série R4 et R'4. Le transistor T4 engendre donc un courant d'émetteur qui, si les transistors T3 et T4 sont identiques, est à peu de choses près dans un rapport (R3 + R'3)/(R4 + R'4) avec le courant d'émetteur e T3. Le collecteur de 4 constitue la sortie de la deuxième source de courant et absorbe un courant Id. Il est donc relié cocue le collecteur de T6 au condensateur C. Les transistors 4 et T6 recopient donc le courant dans re -ême branche de circuit (collecteur de T3) mais avec des rapports différents connus, de sorte qu'on peut établir un rapport c.Id désiré égal à (R3 + R'3)/(R4 + R'4). Le transistor T3 recopie lul-meme le courant dans un transistor NPN TZ, avec un rapport connu, afin que, le rapport Ic/Id étant fixé, la valeur absolue des courants Ic et Id soit aussi fixée. Le transistor T2 a son collecteur alimenté par une source de courant fixe Io de valeur connue, et il a son émetteur relié à la masse par une résistance R2 et sa base reliée à la base de T3. Si les transistors T2 et T3 sont identiques, le courant Ic est sensiblement dans un rapport R2/(R3 + R'3) avec Io. Si de plus on prévoit un transistor T1 NPN (base reliée au collecteur de T2, émetteur relié à la base de T2, collecteur relié à la source d'alimentation) pour prélever sur 11 alimentation Vcc les courants bases de T2 et T3, ce rapport devient pratiquement exact. Un transistor T7, NPN, permet de bloquer le transistor T3 en dehors des créneaux Tr que l'on applique à la base de ce transistor T7, de la manière suivante : une source de courant 18 reliée entre l'alimentation et le collecteur de T7 fournit à la résistance R'3 un courant d'amplitude I, à travers une diode Dl, reliée entre le collecteur de T7 et le point de jonction des résistances R3 et R'3. Si T7 est conducteur (pendant les créneaux Tr), ce courant I est dérivé vers la masse par le transistor T7, la diode Dl restant bloquée. Le transistor T3 conduit normalement et un courant Ic est engendré. Si T7 est bloqué, en dehors des créneaux Tr, le courant I circule dans la diode Dl et la résistance R'3, faisant monter le potentiel de l'émetteur du transistor T3 à une valeur qui est au moins R'3 I. Ce dernier se bloque si R'3 I est supérieur~à son potentiel de base donc sensiblement à R2Io + t'bey où fbe2 est la chute de tension base-émetteur du transistor T2. Le courant Ic est donc bien commandé en tout ou rien à condition que R'3 et I soient convenablement choisis en fonction de R2 et lo pour respecter la condition ci-dessus. De la même manière exactement, avec un transistor T8, une diode D2 et une source de courant 20 d'amplitude I', qui sont analogues aux éléments T7, D1 et 18, on peut commander en tout ou rien le courant Id, moyennant la condition que R'4 I' soit supérieur à R2Io + Vbe2. La base de TS est donc reliée à la sortie de la bascule 10 de la figure 1 pour effectuer cette commande pendant la durée ts. A la figure 4, on représenté à nouveau une partie des sources de courant produisant Ic et Id, à savoir plus précisément les transistors T3, T4, T5, T'l et T6, mais non le reste du circuit de la figure 3, et on a représenté un exemple de réalisation du comparateur 12 de la figure I, en montrant commant on peut le coupler à la capacité C et au circuit de la figure 3 de manière à éviter de charger ou décharger la capacité C en dehors des créneaux Tr et ts malgré l'impédance d'entrée non-infinie de ce comparateur. Le comparateur a une première entrée constituée par la base d'un transistor NPN T9, reliée au condensateur C, une deuxième entrée constituée par la base d'un transistor NPN T10, reliée à un potentiel de référence V1 ; les émetteurs de T9 et-T10 sont reliés à la masse à travers une source de courant 22. Le comparateur 10 comprend encore une entrée se compen- sation constituée par la base d'un transistor NPN Til dont l'émetteur est relié au collecteur de T9 et dont le collecteur est relié au collecteur et à la base d'un transistor PNP T12 monté en diode et ayant son émetteur relié à Vcc. Les transistors T9, T10 et T11 sont identiques et en particulier le courant base de T9 est le même que celui de Tll. La base et l'émetteur du transistor T12 sont respectivement reliés à la base et l'émetteur d'un transistor de recopie PNP T13 dont le collecteur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 2 et à la ase d'un transistor FN T ~znX l'émetteur est à La masse et dont le collecteur est relié à Vcc par une résistance 26. La sortie du comparateur, reliée à l'entrée R de la bascule 10 est prise sur le collecteur du transistor T14. Si la tension Vc aux bornes du condensateur est plus grande aue xJ1, la branche contenant T9, T11, T12 conduit la quasitotalité du courant de la source 22 et fait conduire le transistor 13 et donc le transistor T14 ; la sortie du comparateur est a zéro. Si la tension Vc est inférieure à V1, la branche T10 conduit la quasi-totalité du courant de la source 22 et bloque T9, T11, T12 ainsi que T13 et donc T14 : la sortie du comparateur passe à Vcc et force le rétablissement de la bascule 10 dans son état initial. L'entrée de compensation sur la base de T11 agit de la manière suivante : supposons qu'un courant Ic circule dans le collecteur de T3, et un courant Id dans le collecteur de T4. Ce sont là les courants qui sont dans le rapport connu désiré (R3 + R'3)/(R4 + R'4). Comme le transistor T11 dérive du collecteur du transistor T5 un certain courant base Ib, un courant Ic + Ib circulera dans le collecteur de T5. Ce courant Ic + Ib est recopié par le transistor T6. La différence entre les courants des collecteurs de T6 (Ic + Ib) et T5 (Id) est le courant qui s'en va du point de jonction de ces collecteurs vers la capacité C et la première entrée du comparateur (base de T9). Les transistors T9 et T11 sont parcourus par le meme courant d'émetteur, et, si on s'arrange pour qu'ils aient le même gain en courant, le transistor T9 consommera un courant base égal à Ib comme T11 ; il reste donc un courant Ic - Id pour charger le condensateur C.En fait Ic et Id n'existent pas simultanément en principe (sauf si le déclenchement de la bascule a lieu avant la fin de la durée Tr) et on aura le plus souvent dans le condensateur soit un courant Ic (pendant Tr), soit un courant Id (pendant ts), soit un courant nul. L'impédance apparente du comparateur vue du condensateur C est donc infinie puisque e courant entrant dans le comparateur ne circule pas dans le condensateur mais provient directement de T6. Le rôle de l'entrée de compensation du comparateur est ionc de faire produire au transistor T6 un supplément de courant permanent Ib juste nécessaire à l'entrée du comparateur, sans que ce courant soit prélevé sur la charge du condensateur C. Le condensateur ne se déchargera donc pas en particulier pendant les périodes de repos entre t2 et t3. On a ainsi décrit un exemple de réalisation détaillée de générateur monostable selon l'invention. I1 permet d'obtenir des impulsions de durée précise, le rapport des résistances (R3 + R'3)/(R4 + R'4) pouvant avoir une précision de 2 % par exemple en circuit intégré bipolaire au silicium. La valeur de la capacité C peut être très petite, à condition qu'elle soit suffisamment supérieure à Ic Tr/(Vcc - V1) pour ne pas saturer le transistor T6 avant la fin du créneau Tr. Quelques dizaines de picofarads peuvent très bien convenir. Si on désire un rapport ts/Tr très différent de 1, on pourra mettre en parallèle plusieurs structures de recopie T3, R3, R'3. Dans certaines applications, sinon dispose d'un créneau de durée fixe localisé de manière certaine à l'intérieur de l'intervalle de temps t3, t4, on pourra commander le blocage systématique de la source de courant 16 (Id) pendant ce créneau afin d'arrêter pendant ce temps la décharge du condensateur et ne la reprendre qu'après. Cette pause artificielle de la décharge pendant une durée fixe permet d'allonger de cette durée la durée t5 que l'on peut obtenir, sans réduire exagérément le courant Id, sans le rendre trop différent de Ic, et sans augmenter la valeur de la capacité. Dans ce cas, la source de courant 16 est mise en service par la sortie de la bascule 10 mais interrompue par ce créneau de durée fixe. Enfin, si on préfère que le déclenchement du monos table se fasse non pas par une impulsion quelconque de déclenchement mais par exemple par le front arrière des créneaux Tr, il suffira de prévoIr n circuit es-^ue simple (porte 1OR recevant la sortie du comparaeur et le créneau r) relié à 'entrée de basculement S de la bascule 10. REVENDICATIONS l. Générateur d'impulsions déclenchées à durée précise caractérisé par le fait qu'il comporte une bascule bistable déclenchable (10) ayant une entrée de basculement (S) et une entrée de rétablissement (R), un condensateur (C) relié à une entrée d'un comparateur de tension (12) dont l'autre entrée est reliée à un potentiel de référence (V1) et dont la sortie est reliée à l'entrée de rétablissement de la bascule, une première source de courant (14) commandable en tout ou rien par un signal en créneau ayant une durée de référence (Tr), pour charger le condensateur, et une deuxième source de courant (16) commandable en tout ou rien essentiellement par la sortie de la bascule, pour décharger le condensateur. 2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il possède une entrée de déclenchement d'impulsion reliée à l'entrée de basculement de la bascule. 3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'entrée de déclenchement de la bascule reçoit un signal logique élaboré à partir du créneau de référence de la sortie du comparateur pour faire basculer la bascule immédiatement après la fin du créneau de référence. 4. Générateur selon l'une des revendications 1 à 3, réalisé en circuit intégré, caractérisé par le fait que la première source de courant, de charge, et la seconde source de courant, de décharge, sont réalisées au moyen de transistors de recopie de courant (T3, T6 et T4) recopiant le courant d'une même branche (T2, R2) avec des rapports connus. 3. Générateur selon la revendication 4, caractérisé par e ait outil comporte entre autres un premier transistor (T3) de recopie du courant dans ladite branche, ce transistor étant parcouru par un courant (Ic) de valeur correspondant à celui de la première source de courant, un deuxième transistor (T5) dont le collecteur est relié en série avec le collecteur du premier, un troisième transistor (T6) de recopie du courant collecteur du second, un quatrième transistor (T4) de recopie du courant dans ladite branche, des collecteurs des troisième et quatrième transistors constituant les sorties des première et seconde sources de courant et étant reliées au condensateur et à la première entrée du comparateur, le comparateur comportant notamment deux transistors (T9 et T11) en série parcourus par le même courant, dont les bases sont reliées respectivement au point de jonction des collecteurs des premier et deuxième transistors (T3 et T5) et au point de jonction des troisième et quatrième transistors (T6 et T4).