Brevet FR2546005A1 — publié le 19841116

i La présente invention concerne les quantificateurs de données. Dans l'art antérieur, un circuit quantificateur détermine si un signal numérique reçu est supérieur ou infé- rieur à un niveau de seuil prédéterminé On utilise de façon caractéristique en tant que quantificateur un circuit compa- rateur qui comprend une paire de transistors à couplage d'émetteurs On utilise un tel quantificateur, en cascade avec une bascule de retard,en tant que circuit de décision dans un système de transmission numérique Pour produire un signal de sortie "un",la bascule de retard exige que la valeur de son signal d'entrée soit supérieure à un niveau de seuil prédéterminé Elle exige également que la valeur de son signal d'entrée soit inférieure à un autre niveau de seuil, pour produire un signal de sortie "zéro" La diffé- rence entre ces deux niveaux de seuil est appelée sensibi- lité dynamique. On utilise de façon caractéristique un comparateur comprenant une paire de transistors à couplage d'émetteurs en tant que quantificateur pour appliquer des signaux d'entrée à la bascule de retard Lorsqu'on utilise un tel quantificateur avec une bascule de retard caractéristique, le gain du quantificateur est trop faible pour réduire la sensibilité dynamique à un niveau acceptable Le gain dans de tels circuits de l'art antérieur est de façon caractéris- tique dans une plage de 10 à 20. Conformément à l'invention, un quantificateur de données comprend une première paire de transistors à coupla- ge d'émetteurs polarisés dans une région non saturée de leur caractéristique de fonctionnement, et réagissant à un signal d'entrée en produisant un signal de sortie quantifié, et une seconde paire de transistors à couplage d'émetteurs polari- sés dans une région non saturée de leur caractéristique de fonctionnement et réagissant au signal de sortie quantifié en produisant un signal de sortie quantifié amélioré. Un circuit quantificateur de données intégré sous forme monolithique peut comprendre plusieurs paires de tran- sistors à couplage d'émetteurs branchées en cascade Chaque paire utilise des transistors de même type de conductivité. On utilise dans des paires adjacentes des transistors ayant des types de conductivité opposés Le gain est supérieur d'un ordre de grandeur à celui du quantificateur de l'art antérieur, ce qui permet une excellente discrimination d'amplitude. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma d'un circuit quantifica- teur; La figure 2 montre une caractéristique de réponse entrée-sortie pour un seul étage d'entrée du circuit de la figure 1; La figure 3 montre une caractéristique de réponse entrée-sortie pour un étage de sortie du circuit de la figu- re 1; et La figure 4 montre une comparaison entre une courbe caractéristique de fonctionnement pour le circuit quantificateur à deux étages de la figure 1 et pour un cir- cuit quantificateur à un seul étage. On va maintenant considérer la figure 1 qui représente un circuit quantificateur de données 10 Le cir- cuit quantificateur comprend deux paires de transistors bipolaires à couplage d'émetteurs Une paire d'entrée de transistors NPN 12 et 13 est interconnectée par un conduc- teur branché entre les électrodes d'émetteur des transistors. Une résistance commune de circuit d'émetteurs 15 est connec- tée d'une part au conducteur branché entre les émetteurs des transistors 12 et 13, et d'autre part à une source 14 de tension de polarisation négative La résistance 15 et la source de polarisation 14 déterminent une valeur constante de courant d'émetteur Il qui traverse la résistance 15. Des résistances d'entrée de base 18 et 19 sont connectées entre les électrodes de base respectives des transistors 12 et 13 et le potentiel de masse 20 Les résis- tances 18 et 19 établissent un chemin pour faire circuler un courant de polarisation de base pour les transistors 12 et 13 et elles procurent également une terminaison d'entrée résistive On peut appliquer des signaux d'entrée de façon symétrique au circuit 10 Les signaux d'entrée présentent des excursions de polarité positive et négative par rapport à un potentiel de repos Lorsqu'on applique des signaux d'entrée de façon symétrique, un signal d'entrée est appli- qué à une borne 22 connectée à l'électrode de base du tran- sistor 12 Le signal d'entrée complémentaire est appliqué à une borne 23 connectée à l'électrode de base du transistor 13. Selon une variante, on peut appliquer un signal d'entrée au circuit 10 de façon dissymétrique Si par exem- ple le signal d'entrée dissymétrique est appliqué à la borne 22, la borne 23 est laissée flottante. Une série de diodes 22 et une paire de dispositifs de charge, par exemple des résistances 25 et 26, sont con- nectées entre une source 28 fournissant un potentiel de pola- risation de collecteur de polarité positive, et les électro- des de collecteur des transistors 12 et 13 respectifs. On choisit le potentiel des sources 14 et 28 et les valeurs des résistances 15, 25 et 26 pour faire en sorte que les transistors 12 et 13 ne fonctionnent jamais en satu- ration En évitant la saturation, un fonctionnement rapide est possible Il est également important que la valeur abso- lue du signal de sortie de la paire de transistors d'entrée 12 et 13 soit inférieure à la tension de claquage d'une pai- re de transistors de sortie, qu'on décrira ultérieurement. Pendant le fonctionnement, l'un des transistors 12 et 13 est polarisé de façon à conduire davantage, tandis que l'autre conduit moins, sous l'effet d'un signal d'entrée appliqué On peut représenter un tel fonctionnement par l'expression 12 1 + 22-23 q/KT dans laquelle I 12 est le courant que fait circuler le transistor 12, V 22-23 est la tension de signal d'entrée entre les bornes 11 et 23 en prenant la borne 22 comme référence, q est la charge d'un électron, K est la constante de Boltzman, et T est la température en degrés Kelvin. Une expression similaire s'applique au transistor 13. Lorsqu'un signal d'entrée de polarité positive est appliqué à la borne d'entrée 22 tandis que son signal complémentaire est appliqué à la borne d'entrée 23, le transistor 12 conduit davantage Le transistor 13 conduit moins Plus de la moitié du courant I 1 circule dans le cir- cuit collecteur-émetteur du transistor 12 Moins de la moi- tié du courant I 1 circule dans le circuit collecteur- émetteur du transistor 13. On va maintenant considérer la figure 2 qui montre une courbe caractéristique de fonctionnement 24 pour une tension de signal d'entrée 30 appliquée entre les bornes d'entrée 23 et 22, avec la borne 23 prise pour référence, comme il est indiqué entre parenthèses le long de l'axe horizontal Une tension de signal de sortie 31 est produite entre les bornes 32 et 33, avec la borne 32 prise comme référence, comme il est indiqué entre parenthèses le long de l'axe vertical Le signal de sortie 31 est une version amplifiée du signal d'entrée 30. On peut représenter mathématiquement la courbe caractéristique de fonctionnement 24 par une expression V 32 22 = RL 1 * 1 ( ( 2) dans laquelle V 32-22 est la tension de signal de sortie entre les noeuds 32 et 33 en prenant le noeud 32 comme référence, V 23 22 est la tension de signal d'entrée entre les bornes d'entrée 22 et 23 en prenant la borne 23 comme référence, et RL= R 25 R 26 La caractéristique de fonctionnement 24 de la figure 2 est représentative à la fois de l'étage d'entrée unique du circuit de la figure 1 et du circuit quantificateur de l'art antérieur, pour de petits signaux auxquels on s'intéresse Le gain est représenté par la pente de la courbe 24 et est de façon caractéristique dans une plage de 10 à 20 pour les petits signaux Comme le montre le signal de sortie 31, la discrimination d'amplitude possible est faible à cau- se de l'amplitude de signal limitée La discrimination d'amplitude est un processus consistant à produire un signal de sortie ayant une amplitude qui est fonction des valeurs relatives des deux signaux d'entrée. Deux transistors PNP 42 et 43 sont interconnectés au niveau de leurs émetteurs Une résistance d'émetteurs commune 45 est connectée entre la source 28 et les émetteurs des transistors 42 et 43 La résistance 45 et la source de polarisation 28 déterminent une valeur constante de courant d'émetteur I 2 qui circule dans la résistance 45. Des signaux de sortie, comme le signal 31, prove- nant de la paire d'entrée de transistors 12 et 13, et-pro- duits entre les noeuds 32 et 33, sont directement appliqués aux électrodes d'entrée de base des transistors respectifs 42 et 43. Des dispositifs de charge, tels que des résistances 48 et 49, sont respectivement connectés entre les collecteurs des transistors 42 et 43, et le potentiel de masse 20. On choisit le potentiel de la source 28 et les valeurs des résistances 25, 26, 45, 48 et 49 pour faire en sorte que les transistors 42 et 43 fonctionnent sans satura- tion En faisant fonctionner ces transistors dans cette région, on peut les faire fonctionner de façon très rapide du fait qu'ils ne passent pas en saturation La valeur de la tension de sortie est inférieure à la tension de claquage de tout dispositif placé à la suite. Pendant le fonctionnement, et sous l'action du signal présent entre les noeuds 32 et 33, l'un des transis- tors 42 et 43 est polarisé de façon à conduire plus de la moitié du courant I 2 $ tandis que l'autre conduit moins de la moitié Conformément à l'exemple considéré ci-dessus et à cause de la valeur du signal entre les noeuds 32 et 33, les transistors 42 et 43 sont rapidement amenés dans un fonc- tionnement non linéaire. Comme le montre la figure 3, la courbe caractéris- tique de fonctionnement 50 pour les transistors 42 et 43 est non linéaire Le signal d'entrée 37 qui est appliqué à la paire de transistors de sortie est le signal entre les noeuds 33 et 32, en prenant la borne 33 comme référence, comme il est indiqué entre parenthèses le long de l'axe horizontal. Comme le montre la figure 3, un signal de tension de sortie quantifié 51 apparaît dans le circuit de la figure 1 sur des bornes de sortie 52 et 53 qui sont respectivement connectées aux collecteurs des transistors 42 et 43 Un signal de tension 51, quantifié dans une large mesure, appa- rait entre les bornes de sortie 52 et 53 Ce signal est référencé à la borne 52, comme il est indiqué entre paren- thèses le long de l'axe vertical. On peut représenter la courbe caractéristique de fonctionnement 50 par une expression 52-53 RL 2 2 ( ú 33-32 q/KT) dans laquelle V 52-53 est la tension de signal de sortie entre les bornes de sortie 52 et 53 en prenant la borne 52 comme référence, V 33-32 est la tension de signal d'entrée entre les noeuds 32 et 33, en prenant le noeud 33 comme référence, et L 2 =R 48 -R 49- La courbe caractéristique de fonctionnement 50 de la figure 3 est représentative de l'étage de sortie unique du circuit de la figure 1 Le gain est représenté par la pente de la courbe 50. Du fait que le signal apparaissant entre les noeuds 33 et 32 est une version notablement amplifiée du signal d'entrée 30 qui est appliqué entre les bornes 23 et 22, le signal de sortie 51 est amélioré par le fait qu'il est quantifié dans une large mesure Le temps de montée court et l'amplitude élevée du signal de sortie 51 assurent une excellente discrimination d'amplitude et des traversées très rapides de la région de sensibilité dynamique entre des seuils d'une bascule de retard quelconque qui est connectée de façon à réagir à ce signal. Sur la figure 4, la caractéristique de fonctionne- ment 54 du quantificateur 10 comprenant les deux étages, ou paires de transistors à couplage d'émetteurs, conformément à la figure 1, est comparée à la caractéristique de fonction- nement 55 d'un quantificateur à un seul étage du type utilisé dans l'art antérieur Le gain du quantificateur à deux étages est supérieur d'un ordre de grandeur au gain du quantifica- teur à un seul étage de l'art-antérieur Du fait du fonction- nement du quantificateur à deux étages, il apparaît une meilleure discrimination d'amplitude et on dispose sur les bornes de sortie 52 et 53 d'une impulsion de sortie ayant un temps de montée plus court Ces impulsions de sortie amélio- rées améliorent notablement la vitesse et la qualité de fonctionnement d'un circuit de décision utilisant le quanti- ficateur à deux étages, par rapport au fonctionnement d'un quantificateur à un seul étage. Du fait que la paire de transistors à couplage d'émetteurs d'entrée, 12 et 13, est formée par des transis- tors NPN, et que la paire de transistors à couplage d'émet- teurs de sortie, 42 et 43-, est formée par des transistors PNP, aucun décalage de niveau n'est nécessaire entre les pai- res Le fait d'éviter un tel décalage de niveau maintient la vitesse de fonctionnement à une valeur élevée. Il est avantageux de fabriquer le quantificateur sous la forme d'un circuit intégré On connaît des pro- cessus pour fabriquer les transistors ayant des types de con- ductivité opposés sous la forme d'un circuit intégré monoli- thique capable de fonctionner à des fréquences s'élevant jusqu'à la gamme hyperfréquence On peut utiliser pour fabriquer le circuit un processus qui est décrit dans la demande de brevet des E U A N O 658 586, déposée le 17 février 1976 et maintenant abandonnée Un autre processus qu'on peut utiliser pour fabriquer le circuit est une ver- sion légèrement modifiée du processus qu'on vient de men- tionner Cette version modifiée est décrite dans la demande de brevet des E U A N O 337 707, déposée le 7 janvier 1982. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent 9 tre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Quantificateur de données comprenant une pre- mière paire de transistors à couplage d'émetteurs, polarisés dans une région non saturée de leur caractéristique de fonc- tionnement et réagissant à un signal d'entrée en produisant un signal de sortie quantifié, caractérisé en ce qu'il com- prend une seconde paire de transistors à couplage d'émet- teurs ( 42, 43), polarisés dans une région non saturée de leur caractéristique de fonctionnement et réagissant au signal de sortie quantifié ( 32, 33) en produisant un signal de sortie quantifié amélioré ( 52, 53). 2 Quantificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paire de transistors ( 12, 13) est d'un premier type de conductivité, et la seconde paire de transistors ( 42, 43) est d'un second type de con- ductivité. 3 Quantificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première paire de transistors est directement interconnectée à la seconde paire de transistors, sans aucun circuit de décalage de niveau. 4 Quantificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les première et seconde paires de transistors sont formées par des transis- tors bipolaires. 5 Quantificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les première et seconde paires de transistors sont fabriquées sous la forme d'un circuit intégré monolithique. 6 Quantificateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les première et seconde paires de transistors sont conçues de façon à fonc- tionner à des fréquences s'élevant jusqu'à la gamme hyper- fréquence. 7 Quantificateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le signal de sortie présente un gain très élevé.