Brevet FR2543381A1 — publié le 19840928

La présente invention concerne un circuit de transmission de signaux, qui est parfaitement approprié pour être utilisé dans un appareil audio, etc, ainsi qu'un appareil d'enregistrement et de lecture utilisant un tel circuit. Les brevets U S NO 3 761 741 et 4 220 275 ont fait connaftre des circuits à impédance variable ser- vant de circuits de transmission de signaux, dans lesquels l'impédance d'une voie de transmission de signaux est mo- difée par la commande de courant. Avant de concevoir la présente invention, ses auteurs ont étudié les circuits connus à impédance variable Il s'est alors avéré que la consommation de courant augmente fortement lorsque l'impédance est modi- fiée en étant amenée à une faible valeur C'est-à-dire que les auteurs à la base de l'invention ont découvert que la consommation de courant augmente d'une façon in- versement proportionnelle à l'impédance. D'autre part on a remarqué rapidement, ces dernières années, l'utilisation d'un filtre à condensa- teur commuté, qui est un filtre à échantillonnage de va- leurs, réalisé sous la forme d'un filtre monolithique tel que cela est indiqué dans Proceeding of IEEE 67 10. page 1403, Octobre 1979: "Application d'un dispositif CCD à couplage de charges,et de la technologie des fil- tres à condensateur commuté" par Hewes et consorts. Dans un condensateur commuté, une impédan- ce est formée de façon équivalente par la capacité d'un condensateur et la fréquence d'un signal d'horloge est appliquée à des moyens de commutation. Un but de la présente invention est de four- nir un circuit de transmission de signaux présentant une faible consommation de courant. Ce problème est résolu selon un aspett typi- que de la présente invention par un circuit de transmission de signaux, caractérisé par le fait qu'il comporte un condensateur commuté qui inclut un condensateur et un moyen de commutation et comporte en particulier un cir- cuit de commande qui commande la fréquence et le niveau d'un signal de commande devant être appliqué aux moyens de commutation du condensateur commuté. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description don- née ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un circuit de transmission de signaux illustrant une première forme de réalisation de la présente invention; la figure 2 est un schéma d'un circuit de transmission de signaux illustrant une seconde forme de réalisation de la présente invention; la figure 3 est un schéma d'un circuit de transmission de signaux illustrant une troisième forme de réalisation de la présente invention; la figure 4 est un schéma d'un circuit de transmission de signaux illustrant une quatrième forme de réalisation de la présente invention; la figure 5 est un schéma d'un circuit de transmission de signaux illustrant une cinquième forme de réalisation de la présente invention; la figure 6 est un schéma d'un circuit amplificateur illustrant une sixième forme de réalisa- tion de la présente invention; et la figure 7-représente un schéma des parties essentielles d'un enregistreur à bande, illustrant une septième forme de réalisation de la présente invention. On va maintenant décrire de façon détaillée les formes de réalisation de la présente invention en référence aux dessins. Forme de réalisation 1 On va décrire ci-après, en référence à la fi- gure 1 une première forme de réalisation d'un circuit à impédance variable servant de circuit de transmission de signaux, auquel s'applique la présente invention. Un filtre SCF (filtre à condensateur commuté) est monté entre une borne d'entrée T et la borne d'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 1 Un fil- tre SCF se compose de commutateurs 51 52 et de condensa- teurs C 1, C 2 Le passage des commutateurs 51, 52 dans les états "branché" (conducteur) ou dans les états "débranché" (bloqué) est réalisé au moyen du signal de sortie 0 d'un oscillateur à fréquence réglée à variation de la tension 2 (désigné ci-après sous le terme abrégé de "oscillateur VCC") et par le signal de sortie 0 ' d'un inverseur 3 Une tension variable Vc sert à commande le signal de sortie 0 de l'oscillateur VCO 2 à une fréquence désirée. En supposant alors que le commutateur 52 est à l'état "débranché" conformément au signal de sortie 0, le commutateur 51 fonctionne à l'état "branché" conformé- ment au signal de sortie 0 ' à phase inversée, qui est dé livré par l'inverseur 3 UN signal d'entrée VIN est trans- mis au condensateur C 2 par l'intermédiaire du commutateur 51, de manière à charger ce condensateur C 1. Au contraire, lorsque la phase du signal de sortie 0 est inversée, le commutateur '2 est commuté dans l'état "branché" En mime temps que se produit ce phénomè- ne, la face du signal de sortie 0 ' de l'inverseur 3 est inversée de manière à amener le commutateur 51 dans l'état "débranché" C'est-à-dire que le courant de charge, qui circulait en direction du condensateur C 1 en passant par le commutateur 51 est coupé Les charges stockées dans le condensateur C 1 sont envoyées au condensateur C 2 par l'in- termédiaire du commutateur 52 Par conséquent les charges sont déplacées depuis le condensateur C 1 jusque dans le condensateur C 2 Alors une tension, qui est déterminée par le potentiel de charge du condensateur C 2, devient le po- tentiel d'entrée dans l'amplificateur opérationnel 1. On notera que le fonctionnement du circuit indiqué ci-dessus est équivalent au cas o le courant envoyé au condensateur C 2 est appliqué par l'intermédiai- re d'une impédance De façon plus spécifique,à uin instant t = N T c (o Tc désigne la période des signaux de sortie O et O ' délivrés par l'oscillateur VCO 2 et o N désigne un nombre quelconque), les charges mémorisées dans le condensateur C 1 sont exprimées par C 1 VIN Cn TJ, en supposant que le commutateur 51 est à l'état "branché" et que le commu- tateur 52 est à l'état "débranché" Etant donné qu'à cet instant la tension aux bornes du condensateur C 2 correspond au demi-cycle précédent, les charges stockées dans le con- densateur C 2 sont exprimées par C 2 VIN ((n 1) Tc. Ultérieurement, lorsque le commutateur 52 est commutéde l'état "branché" à l'état"débranché" et que le commutateur C 2 est comnmuté l'état 'débranché" à l'état "branché", les charges du condensateur C 1 se déplacent jusqu'au condensateur C 2 Par conséquent la charge du con- densateur C 2 à un instant t = (n + 1) Tc s'exprime de la manière suivante, conformément à la loi de conservation des charges: C 2 VOUT t(n + 1) T) = C 02 VOUT ((n T) C 1 VIN (n Tc) Par conséquent, la fonction de transfert Hi(Z) dans le demi-cycle correspondant s'écrit comme suit: 2 1 C 1 Z-2 Hi(Z) 2 _-l, ( 2) H 1 ( C 2 ' Z- 2 dans laquelle Z-2 indique un retard correspondant au demi- cycle. Dans le demi-cycle suivant à partir de l'ins- tant t = (n +) Tc jusqu'à un instant t = (n + 1) Tc; il apparaît simplement un retard correspondant au demi-cycle, tandis que la tension de sortie VOUT est conservée C'est pourquoi la fonction de transfert H (Z) de l'ensemble du cycle s'écrit de la manière suivante: Cl z-1 H 1 (Z) C 2 ' 1Z 1 En supposant qu'une fréquence fc correspon- dant à la période Tc dessignaux de sortie O et O ' déli- vrspar l'oscillateur VCO 2 est très élevée, on a Z = es Tc 1 + S Tc Par conséquent la relation ( 2) c s'écrit de la manière suivante: Cl 1 (Z) " S C 2 T c Cela signifie que la résistance R de la fonc- tion de transfert H(s) = 1/(s C R) d'un circuit intégra- teur CR est formée de façon équivalente par la valeur T /C 1 du condensateur commuté. C'est pourquoi, dans le circuit à impédance variable de la présente forme de réalisation, la fréquen- ce fc et la période Tc du signal de sortie O sont comman- dées par le réglage du niveau de la tension de commande Vc Par conséquent, la résistance Tc/C 1 du circuit de transmission de signaux s'étendant depuis la borne d'en- trée T 1 jusqu'à la borne d'entrée non inverseuse de l'am- plificateur opérationnel 20 est commandée. Par conséquent, la résistance équivalente Tc/ C 1 et le condensateur C 2 du condensateur commuté détermi- nent une fréquence caractéristique qui peut être commandée par la fréquence f et par la période T des signaux de c c sortie O et O ' et par l'oscillateur VCO 2. Des éléments de commutation à semiconducteurs tels que des transistors MOSFET peuvent être utilisés en tant que moyens de commutation 51 et 52 et l'oscillateur VCO 2 peut être remplacé par un oscillateur dont la fré- quence est commandée par le courant. À Formes de réalisation 2, 3 Ci-après, on va décrire en référence à la fi- gure 2, en tant que seconde forme de réalisation de la pré- sente invention, un exemple d'application du circuit à im- pédance variable explicité en tant que première forme de réalisation. Un signal e 1 délivré par une source de signaux est envoyé à un amplificateur 11 et à un détecteur de ni- veau 12 Le détecteur de niveau 12 peut être un circuit redresseur, à titre d'exemple. La fréquence f C du signal de sortie 0 devant être délivré par l'oscillateur VCO 2 est modifiée en fonc- tion de la tension de commande Vc délivrée par le détec- teur de niveau 12 Les commutateurs 51 et 52 sont commu- tés en alternance dans les états "branché" (conducteur) et "débranché" (bloqué) par les signaux de sortie 0 et 0 '. En liaison avec un signal e' amplifié par l'amplificateur 11, les commutateurs 51 et 52 et les condensateurs C 1, C 2 fonctionnent d'une manière semblable à ceux prévus dans le cas de la première forme de réalisation Le niveau de tension chargé du condensateur C 2 devient un signal d'en- trée à l'amplificateur 13, et un signal de sortie TOUT est délivré sur une borne T 2. Dans la seconde forme de réalisation décri- te ci-dessus, la résistance de la voie de transmission du signal el, en d'autres termes le gain et la caracté- ristique de fréquence de cette voie de transmission sont modifiés par le niveau de tension du signal fi mais non par la fréquence de ce dernier Le gain de la voie de transmission peut être également modifié par le niveau de la tension et par la fréquence de telle sorte qu'un circuit de filtre présentant différentes caractéristiques 14 est inséré dans la boucle de commande comme représen- té sur la figure 3 d'une troisième forme de réalisation. Ceci convient parfaitement, par exemple, pour le système de réduction des bruits parasites d'un enregistreur à ban- de Forme de réalisation 4 Ci-après on va décrire en référence à;Ia figu- re 4 une quatrième forme de réalisation de la présente in- vention. Les commutateurs 51, 52 représentés sur les figures 1, 2 et 3 peuvent être représentés de façon évi- dente par des moyens de commutation 51 l comme représenté sur la figure 4 C'est-à-dire que les fonctionnements des commutateurs 51, 52 peuvent être interprétés de telle sorte que les moyens de commutation 51 l sont commutés sur les cotés des contacts a et b par des signaux 0 et O ' comme cela a été explicité dans chacune des formes de réalisation précédentes. Dans ce cas un filtre passe-bas ayant pour C 2 constante = O C 2 est formé Cependant, lorsque les- moyens de commutateur S sont maintenus raccordés au contact a comme représenté sur la figure, en d'autres termes lorsque le commutateur Si est "branché" et que le commutateur 52 est "débranché" sur les figures 1 à 3, l'impédance entre les contacts a et b devient infi- nie et le contact a est lié à la masse par l'intermé- diaire du condensateur Ci, Par conséquent, le signal d'entre VIN est à peine transmis au condensateur C 2 et à un amplificateur 31. Lorsque les moyens de commutation Sl sont maintenus à l'état commuté sur le contact b, le commu- tateur Z 1 est "débranché" et 52 est "branché", et par conséquent le signal d'entrée est à peine transmis à l'amplificateur 31, également dans ce cas Ces circuits peuvent être utilisés par exemple en tant que commuta- teurs marche-arrêt NR (réduction du bruit parasite) dans les systèmes de réduction des bruits parasites. Dans ce cas, aucun commutateur marche-arrêt NR n'a besoin d'être installé séparément, mais simple- ment l'horloge peut être arrêiiée, de telle sorte que l'agencement du circuit s'en trouve simplifié. Etant donné que dans ce système, une ten- sion chargée dans le condensateur C 2 aussitôt avant l'arrêt de l'horloge subsiste immédiatement après cet arrêt, le signal d'entrée de l'amplificateur 31 ne va- rie pas brusquement. Forme de réalisation 5 Ci-après, on va décrire, en référence à la figure 5 une cinquième forme de réalisation de la pré- sente invention. Une borne d'entrée T 3 est alimentée par un signal de commande 0 dont le rapport impulsion/durée entre impulsions est variable Comme cela est bien con- nu, le rapport impulsions/durée entre impulsions ou taux d'impulsions du signal de commande 0 désigne le rapport entre la période du niveau haut "I" et celle du niveau bas "L" du signal de commande 0 Un circuit tel qu'un multivibrateur monostable servant à délivrer le signal de commande 0 possédant le taux d'impulsions variable est prévu bien que non représenté sur la figure 5 Dans ce cas, il agit de la même manière que si les commuta- teurs Si et 52 étaient commutés en alternance dans les états "branché" et "débranché" Cependant, même lors- que la fréquence du signal est constante, le temps de charge du condensateur C 1 peut être tendu long et le tenps de décharge de ce condensateur être rendu court sous l'ef- fet de la modification du taux d'impulsions du signal. Sinon, il est possible de rendre le temps de charge court et le temps de décharge long Dans le cas de l'utilisation de condensateurs commutés sous la forme d'une impédance variable,la fréquence et/ou le taux d'impulsions des im- pulsions d'horloge peut par conséquent être commandée. Forme de réalisation 6 Ci-après, on va décrire en référence à la figure 6 une sixième forme de réalisation de la présen- te invention. La référence 41 désigne un amplificateur qui est réalisé sous la forme d'un amplificateur opé- rationnel, et la référence 42 désigne un filtre à con- densateur commuté (SCH) et comporte des commutateurs 51, 52 et des condensateurs C 1, C 2 comme cela est re- présenté sur la figure 1 Le filtre SCF 42 possède l'un ou l'autre des commutateurs 51 et 52 ou les deux commu- tateurs commutés dans l'es états "débranché" par les signaux de commande 0 et 0 ' Le générateur de signaux de commande servant à délivrer les signaux de commande 0 et 0 ' et un circuit de commande sont prévus, bien que n'étant pas représentés sur la figure 6 Lorsqu'un signal de sortie du circuit de commande est ameré à un niveau prédéterminé, l'un des signaux de commande 0 et 0 ' de- vant être délivrés à partir du générateur de signaixle commande est maintenu à force à son niveau haut, et l'au- tre à son niveau bas, ce qui a pour effet que -la fonc- tion de transmission de signaux, qui est réalisée par le filtre à condensateur commuté 42, est inhibée de façon forcée Dans ce cas, le filtre SCF 42 est débran- ché électriquement entre la borne de sortie et la bor- ne d'entrée inverseuse de l'amplificateur 41 Par con- séquent, le facteur d'amplification de l'amplificateur est déterminé par le rapport entre les résistances de réaction Rs et Rf, et fournit une caractéristique de fréquence essentiellement plate Au contraire, dans le cas o le filtre SCF 42 fonctionne normalement, le cir- cuit entre les bornes T 1 et T 2 devient un circuit ampli- ficateur qui possède un facteur d'amplification dépen- dant de la caractéristique de fréquence du filtre SCF 42. De cette manière, conformément à la présen- te forme de réalisation, le facteur d'amplification en boucle fermée de l'amplificateur peut être commandé à vo- lonté grâce à la commande du fonctionnement du filtre SCF incorporé dans la boucle de réaction de l'amplificateur. Forme de réalisation 7 Ci-après, on va décrire en référence à la figure 7, une septième forme de réalisation de la pré- sente invention Cette figure montre un exemple d'un en- registreur à bande qui utilise-un filtre à condensa- teur commuté (SCF). Un signal enregistré présent sur une bande 62 est détecté par une tête de lecture 63 et est ampli- fié par un amplificateur de lecture 54, à-la suite de quoi le signal amplifié est appliqué à la première bor- ne d'entrée IN d'un filtre SCF 57, Une voie de trans- mission de signaux s'étendant entre la première borne d'entrée IN et la première borne de sortie OUT du fil- tre SCF 52 agit à la manière d'un circuit compensateur de lecture NABB qui affaiblit les composantes des signaux possédant des fréquences élevées Un signal de-sortie dé- livré sur la première borne de sortie du filtre SCF 52 est envoyé à un haut-parleur par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance de lecture. Un signal provenant par exemple d'un mi- crophone est transmisà la borne d'entrée de l'ampli- ficateur d'enregistrement 54 par l'intermédiaire d'une voie de transmission qui s'étend entre la seconde bor- ne d'entrée IN' et la seconde borne de sortie OUT' du filtre CSF 52 Cette yoie de transmission de signaux entre la seconde borne d'entrée IN' et la seconde bor- ne de sortie OUT' du filtre SCF 52 agit à la manière d'un circuit de compensation d'enregistrement servant à compenser les pertes à haute fréquence de la bande magnétique 62 et des têtes 61, 63 Un signal de sortie délivré par l'amplificateur d'enregistrement 55 est transmis à la tête d'enregistrement 61 par l'intermé- diaire d'un circuit résonnant qui est constitué par une bobine L 1 et par un condensateur C 12. Un oscillateur à quartz 51 et un inverseur 53 sont des circuits servant à reproduire des signaux de commande 0 et 0 ' possédant des phases opposées et desti- nés à être appliqués à des moyens de commutation conte- ntsà l'intérieur du filtre SCF 52. Lorsqu'un signal R/P de commutation ehregis- trement/lecture est passé à un niveau haut, la voie de transmission de signaux entre la première borne d'entrée IN et la première de sortie OUT du filtre SCF 52, tan- dis que lorsque le signal R/P de commutation d'enregis- trement/lecture est passé au niveau bas, la voie de trans- mission entre la seconde borne d'entrée IN' et la seconde borne de sortie OUT' du filtre SCF 52 est coupée. Un transistor Q 1 et un transformateur élé- vateur Tl sont pilotés de façon similaire par le signal de commande 0 d'une fréquence de 100 k Hz délivré par l'oscillateur à quartz 51, ce qui a pour effet qu'un si- gnal de polarisation en courant alternatif de 100 k Hz est appliqué à la bande magnétique 62, lors du mode d'en- registrement. Par ailleurs, dans le filtre SCF 52, les si- gnaux de commande O et 0 ' fuient en direction des sorties OUT et OUT' par l'intermédiaire des capacités parasites des moyens de commutation constituant le filtre SCF, Si la différence entre les fréquences de commande 0, O ' et du signal de polarisation à courant alternatif se situe à l'intérieur de la bande des fréquences audio, il appa- raît un "phénomène de battement perturbant l'oreille" empêchant l'opération de lecture de l'enregistreur à bande. Mais étant donné qu'à la fois la fréquence des signaux de commande 0, 0 ' et la fréquence du signal de polarisation à courant alternatif sont égales à 100 Hz dans la-présente forme de réalisation, la différence de fréquence devient nulle et l'empêchement indiqué peut être évité Dans une forme de réalisation modifiée, la fréquen- ce des signaux de commande 0, 0 ' devant être appliqués au filtre SCF 52 est réglée à m x 100 k Hz (m étant un nombre entier positif), la fréquence du signal de polarisation à courant alternatif est réalsé à N x 100 k Hz (n étant un nombre entier négatif) et la différence des fréquences est par conséquent réglée à (m n) x 100 k Hz à l'extérieur de la bande des fréquences audio, ce qui a pour effet qu'il est possible d'empêcher l'apparition des perturbations par phénomène de battement audible Le circuit résonnant constitué par la bobine L 1 et par le condensateur L 2 est un circuit à piégeage de polarisation, qui est résonnant à 100 k Hz, et empêche un signal de polarisation à courant alternatif provenant du transformateur élévateur T 1 d'être transmis à la sor- tie de l'amplificateur d'enregistrement 55. * En outre, le transistor Q 1 peut être comman- dé en étant placé dans un état non conducteur lors du mo- de de lecture par la mise à l'état "branché" (conducteur) d'un commutateur SW qui est disposé entre la base et 1 l'émetteur du transistor Q 1 C'est pourquoi, lors du mode de lecture, il est possible d'arrêter la production du signal de polarisation à courant alternatif inutile. Le circuit de transmission de signaux con- forme à la présente invention n'est pas limité aux for- mes de réalisation indiquées précédemment Il est appli- cable par exemple à des appareils d'enregistrement et de lecture magnétique, tels que des platines ou des dérou- leurs de bande magnétiquoe et à des enregistreurs à ban- de vidéo. La présente invention peut être appliquée, en général à des appareils électroniques utilisant au moins un condensateur commuté. REVENDICATIONS 1 Circuit de transmission de signaux, carac- térisé en ce qu'il comporte: ( 1) un condensateur commuté (Ci, C 2; Sl 52; 42, 52, SCF) qui comporte un condensateur (C 1, C 2) et un dispositif de commutation ( 51, 52), et ( 2) un circuit de commande (VCO 2), qui com- mande une fréquence ou un niveau d'un signal de commande devant être appliqué audit dispositif de commutation ( 51, 52) dudit condensateur commuté. 2 Circuit de transmission de signaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (VCO 2) est constitué par un oscillateur com- mandé, dont le signal de sortie de l'oscillation est modi- fié par l'amplitude d'un signal électrique. 3 Circuit de transmission de signaux selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal élec- trique est tiré d'une borne de sortie d'un détecteur de niveau ( 12). 4 Circuit de transmission de signaux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits dispositifs de commutation (Si 52) est maintenu dans un état "débranché" sous l'effet de la commande du niveau du signal de commande devant être appliqué auxdits dispositifs de commutation (Sii 52). Circuit de transmission de signaux selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: ( 3) un amplificateur opérationnel ( 41) qui comporte une borne d'entrée non inverseuse, une borne d'entrée inverseuse et une borne de sortie, et que le- dit condensateur commuté ( 43) est branché entre ladite borne de sortie et ladite entrée de la borne d'entrée inverseuse dudit amplificateur opérationnel ( 41). 6 Circuit d'enregistrement et de lecture magnétique caractérisé en ce qu'il comporte; - ( 1) un amplificateur de lecture ( 54) qui dé- tecte un signal enregistré sur une bande magnétique ( 62), ( 2) un premier condensateur commuté (SCF 52) dont la borne d'entrée est raccordée à une borne de sor- tie dudit amplificateur de lecture ( 75), ( 3) un amplificateur d'enregistrement ( 55), ( 4) un second condensateur commuté (SCF 52), dont la borne de sortie est raccordée à une borne d'en- trée dudit amplificateur d'enregistrement ( 55), ( 5) un circuit oscillateur ( 54) qui produit des signaux de commande pouvant être appliqué audit pre- mier et second condensateur commuté (SCF 52), et ( 6) un circuit (Q 1 ' T 1) servant à produire un signal de polarisation à courant alternatif pour la bande ( 62), la fréquence différentielle entre une fré- quence des signaux de commande ( 0, O ') et celle du signal de polarisation à courant alternatif étant réglé à zéro ou étant situéeà l'extérieur d'une bande de fréquences audio.