Brevet FR2581269A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne le domaine de la com- mutation électronique. La présente invention concerne plus précisément un dispositif électronique de commutation multivoie formant sélecteur entre une pluralité de voies de commutation re- cevant en entrée des signaux respectivement associés et dont les sorties sont connectées en commun. De nombreux dispositifs de commutation électronique ont déjà été proposes. Ces dispositifs cependant, d'une façon générale, ne donnent pas satisfaction. Les dispositifs électroniques multivoie jusqu'ici proposés sont en effet complexes, coûteux, et présentent en outre très souvent des performances médiocres. - La présente invention vient améliorer la situation en proposant un dispositif électronique de commutation mul- tivoie qui comprend sur chaque voie au moins deux transis- tors dont les trajets de conduction principale sont con- nectés en série, un transistor amont de chaque voie rece- vant sur sa borne d'entrée le signal d'entrée respective- ment associé et un transistor aval de chaque voie recevant sur son entrée de commande un signal de commutation en créneau basculant entre deux états qui imposent respective- ment le blocage et la conduction du transistor aval. Les transistors utilisés sur les différentes voies de commutation peuvent être soit des transistors bipolaires, soit des transistors à effet de champ. Selon un premier mode de réalisation conforme à la présente invention, le point de sortie commun des diffé- rentes voies de commutation attaque un étage de sortie transistorisé. Plus précisément encore, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'étage de sortie transistorisé comporte une résistance de charge dans son circuit émetteur ou source, pour présenter une forte impédance d'entrée vis-à-vis des différentes voies de commutation. Selon un second mode de réalisation conforme à la présente invention, chacune des voies possède en outre, entre le transistor aval associé et le point commun aux différentes voies de commutation, une résistance de charge du transistor aval et un étage transistorisé auxiliaire. Selon une première variante du second mode de réalisation, l'étage transistorisé auxiliaire est un mon- tage du type collecteur commun ou drain commun. De préférence, chaque voie de commutation comprend en outre une diode entre l'émetteur ou la source de l'étage transistorisé auxiliaire et le point commun aux différentes voies de commutation. i5 Le cas échéant, une résistance est de plus connectée entre l'émetteur ou la source de l'étage transistorisé auxiliaire et la diode. Selon une seconde variante du second mode de réali- sation, l'étage transistorisé auxiliaire est un montage du type émetteur commun ou source commune comportant une résistance de charge dans son circuit émetteur ou source D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels: - la figure 1 représente un premier mode de réalisa- tion du dispositif de commutation multivoie conforme à la présente invention, - les figures 2 et 3 représentent les schémas équi- valents respectivement d'une voie passante et d'une voie bloquée du dispositif conforme au premier mode de réalisa- tion, - la figure 4 représente un second mode de réalisa- tion du dispositif de commutation multivoie conforme à la présente invention, - la figure 5 représente le schéma équivalent d'une voie bloquée du dispositif conforme au second mode de réalisation, - la figure 6 représente un troisième mode de réalisation du dispositif de commutation multivoie conforme à la présente invention, - la figure 7 représente le schéma équivalent d'une voie bloquée du dispositif conforme au troisième mode de réalisation - la figure 8 représente un quatrième mode de réa- lisation du dispositif de commutation multivoie conforme à la présente invention, - la figure 9 représente le schéma équivalent d'une voie bloquée du dispositif conforme au quatrième mode de réalisation. On va dans un premier temps décrire le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. Sur la figure 1, on distingue un dispositif de com- mutation à trois voies référencées respectivement 10, 20, 30. Le nombre de voies n'est cependant aucunement limi- tatif et l'homme de l'art comprendra aisément qu'un nombre de voies beaucoup plus important peut être retenu sans la moindre difficulté, et en particulier sans altérer les performances du circuit. Les voies 10, 20, 30 reçoivent sur leur entrée 14, 24, 34 des signaux d'entrée respectivement associés E1, E2, E3À Les sorties des différentes voies 10, 20, 30 sont reliées à un point commun 45 qui attaque un étage de sortie 40. Chaque voie 10, 20, 30 comprend deux transistors Tl, T12; T21 T22; T31, T32, dont les trajets de conduc- tion principale sont connectés en série. La borne d'entrée du transistor amont de chaque voie (T11, T21, T31) qui constitue l'entrée de celle-ci, reçoit le signal d'entrée E1 à E3 respectivement associé. La borne de commande du transistor aval de chaque voie (T12, T22, T32) reçoit un signal de commande de com- mutation C1, C2, C3 en créneau, basculant entre deux niveaux qui imposent respectivement un état bloqué non passant et un état conducteur à l'état saturé du transis- tor aval T12, T22, 32 Selon le mode de réalisation représenté sur la figure annexée, les transistors T11, T12, T21, T22, T31 et T32 sont des transistors bipolaires NPN. Plus précisément, les collecteurs des transistors amont T11, T21 et T31 sont reliés à une borne d'alimen- tation positive + Vcc. Les bases des transistors amont T11, T21, T31 sont reliées aux entrées 14, 24 et 34 des différentes voies de commutation et reçoivent les signaux d'entrée E1, E2 et E3 respectivement. Les émetteurs des transistors amont Tl, T21 et T31 sont reliés aux collecteurs des transistors aval T12, T22 et T32, respectivement. Les bases de ces transistors aval T12, T22 et T32 sont attaquées;par l'intermédiaire de résistances limi- tatrices de courant R13, R23 et R33,par les signaux de commande de commutation Cl, C2 et C3 précités. Enfin, les émetteurs de transistors aval T12, T22, T32 qui constituent la sortie de chacune des voies de commutation 10, 20 et 30 sont reliés en commun au point 45 précité. Bien entendu, les transistors bipolaires T11, T12, T21, T22, T31 et T32 pourront être remplacés par des transistors à effet de champ. Dans un tel cas, les signaux d'entrée E1, E2 et E3 seront appliqués sur les grilles des transistors amont remplaçant les transistors T11, T21 et T31, tandis que les signaux de commande de commutation C1, C2 et C3 seront appliqués sur les grilles des transistors aval remplaçant les transistors T12, T22 et T32. L'étage de sortie 40 attaqué par le point 45 commun aux différentes voies de commutation 10, 20 et est formé d'un étage transistorisé collecteur commun selon le mode de réalisation représenté sur la figure annexée. Plus précisément, cet étage 40 comprend un transis- tor T41 NPN dont le collecteur est relié à une borne d'alimentation positive +Vcc et la base est reliée au point 45 précité. Une résistance de charge R42 est en outre connectée entre le point 45 et la masse du montage. L'émetteur du transistor T41 est également relié à la masse du montage par l'intermédiaire d'une résis- tance de charge R43. Enfin, la sortie S du dispositif de commutation est reliée à l'émetteur du transistor T41 par l'intermé- diaire d'une résistance R44. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure annexée, les signaux de commande de commutation C1, C2 et C3 appliqués sur la base des transistors aval T12, T22 et T32 basculent entre deux niveaux correspondants respectivement à la tension de masse du montage et à la tension d'alimentation positive +Vcc. De façon classique en soi, lorsque le niveau du signal de commande de commutation correspond au niveau de la masse du montage, le transistor correspondant T12, T22 ou T32 est bloqué à l'état non passant et interrompt la transmission du signal d'entrée E1, E2 ou E vers la sortie S du dispositif de commutation. Inversement, lorsque le niveau du signal de com- mande de commutation C1, C2 ou C3 appliqué sur la borne de commande de l'un des transistors T12, T22 ou T32 correspond au niveau de la tension d'alimentation positive +Vcc, le transistor correspondant est porté à l'état conducteur et le signal d'entrée E1, E2 ou E3 de la voie passante se retrouve au niveau de la sortie S de l'étage 40. Comme cela apparaît à l'examen de la figure 2, pour une voie passante, le générateur du signal d'entrée E1, E2 ou E3 voit une impédance d'entrée: (1) Ze eh11T11 + Til (rceT12 + R42) relation dans laquelle: h11T1 et T11l représentent les paramètres classiques du transistor amont (T11 par exemple) d'une voie passante et rce T12 représente la résistance collecteur-émetteur du transistor aval passant. La résistance collecteur-émetteur du transistor aval passant est négligeable devant R42, soit (2) Ze hT + 3T. R42. De même, l'impédance h11T11/3T11 du transistor amont T11, T21 ou T31 peut être négligée par rapport à la charge R42. Dans ces conditions, les pertes dans une voie pas- sante 10, 20 ou 30 sont faibles et quasiment constantes. On remarquera par ailleurs que les dispersions des transistors n'ont aucune incidence sur le niveau du signal en sortie. Par contre, comme cela apparait à l'examen de la figure 3, pour une voie bloquée (signal de commande de commutation au niveau bas) le signal parasite passant par les capacités base-émetteur Cbe T21 du transistor amont (T21 par exemple) et collecteur-émetteur Cce T22 du tran- sistor aval (T22 par exemple) de la voie bloquée, est shunté en entrée de l'étage 40 par l'impédance h11T12/ BT12, de valeur très faible, du transistor aval (T12 par exemple) de la-voie passante. De ce fait, le dis- positif de commutation conforme à la présente invention présente d'excellentes performances en diaphonie. L'impédance d'entrée d'une voie bloquée, 20 par exemple, est égale à: h11T 12) (3) h11T21 + 3T21 (rceT22 + T12) on considérant par exemple que la voie 10 est passante, h11T12 et 3T12 représentant les paramètres classiques du transistor aval (12) d'une voie passante, h11T21 et ST21 représentant les paramètres classiques du transistor amont d'une voie bloquée et rceT22 représentant la résistance collecteur-émetteur du transistor aval d'une voie bloquée. On remarquera à l'examen de cette relation (3) que l'impédance d'entrée des différentes voies est très élevée en raison de la présence du terme h11. La fonction de transfert d'une voie passante est définie par la relation: (4) bET41 En dans laquelle UEr41 représente la tension sur l'émetteur du transis- tor de sortie T41, et En représente le signal (E1, E2 ou E3) sur l'entrée (14, 24 ou 34) d'une voie passante (10, 20 ou 30). La fonction de transfert d'une voie bloquée est définie par la relation: (5) UET41 E En hT1. C1S E 41 rT12 + j h11T12 C 17 dans laquelle /C1 représente la somme des impédances base-émetteur /CbeT21 du transistor amont et collecteur-émetteur lkce T22 du transistor aval d'une voie bloquée, 3T12 et h11T12 représente les paramètres classiques du transistor aval d'une voie passante. On en déduit que la diaphonie correspondant au rapport entre le signal issu d'un canal passant et le signal issu d'un canal bloqué est égale à: (6) D soit jh11T12 C1. soit En 3T12 + j.h11T12 C1 (7) D-* I32f T12 + (h1 T12 C1W) il-2 12 h11T12 * C1 On va maintenant décrire le second mode de réalisa- tion représenté sur la figure 4. On retrouve sur cette figure 4 les transistors T11, T21, T31 recevant sur leur borne d'entrée les si- gnaux E1, E2 et E3, les transistors T12, T22 et T32 recevant par l'intermédiaire des résistances R13, R23 et R33 respectivement les signaux de commutation C1, C2 et c3. Néanmoins, le second mode de relisation illustré sur la figure 4 ne comporte pas un étage transistorisé de sortie commun aux différentes voies. Par ailleurs, les émetteurs ou sources des transistors aval T12, T22 et T32 ne sont pas reliés directement au point commun 45. Les émetteurs ou sources des transistors aval T12, T22 et T32 sont chargés par des résistances R15, R25 et R35 respectivement. De plus, les émetteurs ou sources des transistors aval T12, T22 et T32 attaquent respectivement la base ou grille d'un transistor auxiliaire respectif T16, T26 et T36. Ce dernier est monté en collecteur ou drain commun. Selon la représentation de la figure 4, les transis- tors T16, T26 et T36 sont du type bipolaire NPN, les collecteurs de ces transistors sont donc reliés à une borne d'alimen- tation positive +Vcc. Les émetteurs ou sources des transistors auxiliaires T16, T26 et T36 sont reliés en commun en 45. Ce point 45 commun aux différentes voies de commu- tation est chargé par une résistance R46 connectée à la masse. Le point 45 commun aux différentes voies de commu- tation est de plus relié à la sortie S du dispositif par l'intermédiaire d'une branche comprenant en série une capacité C47 et une résistance R48. L'impédance de charge de la sortie S du dispositif de commutation est référencée RL sur la figure 4. La résistance R48 est choisie telle que (8) hil 16 + R RL ST16 relation dans laquelle h11 T16 et 3T16 représentent les paramètres classiques d'un transistor auxiliaire (T16 par exemple) à l'état passant, et (9) R46 >> (R4 + RL); Pour une voie passante, le générateur du signal d'entrée E1E2 ou E3 voit une impédance d'entrée: (10) Ze th11T11 + $Tll. (rce T12 + Rn5) relation dans laquelle 30. h11T11 et T11 représentent les paramètres classiques du transistor amont (T11 par exemple) d'une voie passante et rce T12 représente la résistance collecteur-émetteur du transistor aval passant, et R n5 représente la résistance R15, R25 ou R35 de la voie passante. Rn5 étant choisi tel que Rn5 > h Tl et Rn5 > Rce T12 n5" il il ns 12 (11) Ze Tll. Rn5 L'impédance d'entrée d'une voie bloquée, 10 par exemple, est égale à: (12) Ze # h11T21+ ST21 (rce T22 + RP5) dans laquelle h11T21 et T21 représentent les paramètres classiques du transistor amont (T21 par exemple) d'une voie bloquée, 10. rce T22 représente la résistance collecteur-émetteur du transistor aval (T22 par exemple) de la voie bloquée et Rp5 représente la résistance R15, R25 ou R35 de la voie bloquée. On remarquera à l'examen de la relation (12) que l'impédance d'entrée des différentes voies est très éle- vée en raison de la présence du terme h11.' Si l'on considère comme nulle la résistance d'une diode (D17, D27. D37) dans le sens passant la fonction de transfert d'une voie passante est définie par la relation: (13) UR4G t En dans laquelle UR46 représente le signal sur la résistance R46 et En représente le signal (E1 E2 ou E3) sur l'entrée (14, 24 ou 34) d'une voie passante (10, 20 ou 30). La fonction de transfert d'une voie bloquée (20 par exemple) est définie par la relation: jh11iT16 ' C2' (14) UR46 En j.h11T16. C2br+ T16 dans laquelle 1/C2 représente la somme des impédances base-émetteur 1/Cbe T21 du transistor amont, collecteur-émetteur 1/Cce T22 du transistor aval, base-émetteur 1/Cbe T26 du transis- tor auxiliaire et de la diode 1/Cd27 d'une voie bloquée, 5. SI et h11 T16 représentent les paramètres classiques du transistor auxiliaire (T16 par exemple) d'une voie pas- sante, soit Jh11 T16 C2% (15) UR46 En 11 16 ST16 La diaphonie correspondant au rapport entre le signal issu d'un canal passant et le signal issu d'un canal blo- qué est donc éaale à: E T16 (16) D+ - n jh 11T16 C2 ihl T16 * C2 n T16 On va maintenant décrire le troisième mode de réa- lisation représenté sur la figure 6. Ce troisième mode de réalisation est très proche du second représenté sur la figure 4. Néanmoins, ce troisième mode de réalisation diffère du second par le fait que la résistance R48 est supprimée et une résistance de charge R18, R28 et R38 respectivement est introduite dans le circuit émetteur ou source des transistors auxiliaires T16, T26 et T36 entre l'émetteur ou la source de ceux-ci et la diode associée D17, D27 et D37. On choisit Rn8 (ie, R18, R28 et R38) telle que (h11Tn6 /fTn6) + Rn8m RL, relation dans laquelle hllTn6 et 8Tn6 représentent les paramètres classiques des transis- tors auxiliaires T16, T26 ou T36. De plus, on choisit R46 "RL. L'impédance d'entrée vue par le générateur de si- gnal d'entrée, pour une voie passante est identique à celui du second mode de réalisation soit: (10) Ze h11T11 + ST1 (rce T12 Rn) et (11) Ze t T R Ze 3 iT11 Rns. De même, l'impédance d'entrée d'une voie bloquée est égale à: (12) Ze * h11T21+ 3T21(rce T22 + Rp5) et est donc très élevée en basse fréquence. Comme on l'a indiqué précédemment, (h11Tn6 /3T)n6 + R48 * RL et R46 >>RL, la fonction de transfert d'une voie passante est donc définie par la relation: (17) URL En/2. De plus, on choisit Rn8 >> h11Tn6/n6 soit Rn8* RL puisque (h 11 Tn6 / 3T n6) + Rn8 RL. De ce fait, la fonction de transfert d'une voie bloquée (20 par exemple) est définie par la relation: RL/2 soit (18) URL En Rt/2 + RL + 1 jC2. v (19) URL En. L C2V relations dans lesquelles: URL représente le signal sur la résistance RL, et 1/C2 représente la somme des impédances baseémetteur 1/Cbe T21 du transistor amont, collecteur-émetteur 1/Cce T22 du transistor aval, base-émetteur 1/Cbe T26 du transistor auxiliaire et de la diode 1/Cd27 d'une voie bloquée. La diaphonie correspondant au rapport entre le signal issu d'un canal passant et le signal issu d'un canal bloqué est donc égale à: En/2 1 (20) D = En/2. RL. C2. ' RL.C2.d Le cas échéant, les diodes D17, D27 et D37 peuvent être supprimées. Ces diodes permettent essentiel- lement de réduire la capacité équivalente C2, donc d'amé- liorer les performances en diaphonie. On va maintenant décrire le quatrième mode de réalisation représenté sur la figure 8. On retrouve sur cette figure 8, les transis- tors T11, T21, T31 recevant sur leur borne d'entrée les signaux E1, E2 et E3, les transistors T12, T22 et T32 recevant par l'intermédiaire des résistances R13, R23 et R respectivement les signaux de commutation C1, C2 et - 33 C3. Néanmoins, là encore, le quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 8 ne comporte pas un étage transistorisé de sortie commun aux différentes voies. Par ailleurs, là encore, les émetteurs ou sources des tran- sistors aval T12, T22 et T32 ne sont pas reliés directe- ment au point commun 45. Les émetteurs ou sources des transistors aval T12, T22 et T32 sont chargés par des résistances R15, R25 et R35 respectivement. De plus, les émetteurs ou sources des tran- sistors aval T12, T22 et T32 attaquent respectivement la base ou grille d'un transistor auxiliaire respectif T16, T26 ou T36. Les émetteurs ou sources de ces transistors T16, T2 ou T3 sont relié(e)s à la masse par l'intermé- dTa, Ir o r T36 diaire de résistances R19, R29 et R39 respectivement. Les collecteurs ou drains des transistors auxiliaires T16, T26 et T36 sont reliés en commun au point 45. Ce point 45 commun aux différentes voies de commutation est chargé par une résistance R42 connectée à une borne d'alimentation positive + Vcc. Le point 45 commun aux différentes voies est de plus relié à la sortie S du dispositif par l'inter- médiaire d'unecapacité C47. L'impédance de charge de la sortie S du dispositif de commutation est référencée RL sur la figure 9. La résistance R est choisie telle que R42 =#RL. L'impédance d'entrée d'une voie passante est identique à celle définie pour les seconde et troisième variantes, soit: (11) Ze * T11 Rn5 De même, l'impédance d'entrée d'une voie bloquée est identique à celle définie pour les seconde et troisième variantes, soit: (12) Ze j h11T21 + 8T21 (rce T22 + RP5) et est donc très élevée en basse fréquence. Le courant de collecteur Ic Tn6 du transis- n tor auxiliaire passant Tn6 étant de l'ordre de (21) Ic Tn6 En/R 9, relation dans laquelle Rn9 désigne l'une des résistances de charge du circuit émetteur ou source du transistor auxiliaire Tn6 passant, la tension aux bornes de la résistance de charge RL est alors: (R. RL ER (22) U. 42, n soit RLv R + RL R 42 n9 avec RL 42 RL (23) URL n 2 2.R n9 Par contre, la fonction de transfert d'une voie bloquée est définie par la relation: RL (24) * URL En 23 relation dans laquelle: 1/C3 représente la somme des impédances base-émetteur 1/CbeT21 du transistor amont, collecteur-émetteur 1/Cce T22 du transistor aval, base-collecteur1/CbcT26 du tran- sistor auxiliaire d'une voie bloquée. La diaphonie correspondant au rapport entre le signal issu d'un canal passant et le signal issu d'un canal bloqué est donc égale à: E RL n Rn91 (25) D E RL n -- C3 t Rn9C33 Par rapport aux dispositifs de commutation multivoie jusqu'ici proposés, le dispositif conforme à la présente invention présente.de nombreux avantages parmi lesquels on citera une impédance d'entrée élevée, une faible distorsion, une bonne reproductibilité, et enfin une commutation possible de nombreux types de signaux tels que signaux vidéo, hautes fréquences, digitaux ou équivalents. On notera également que la consommation est faible et-constante quel que soit le nombre de canaux du dispositif. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie formant sélecteur entre une pluralité de voies de commutation (10, 20, 30) recevant en entrée des signaux respectivement associés et dont les sorties sont connec- tées en commun, caractérisé par le fait qu'il comprend, sur chaque voie au moins deux transistors (T11, T12; T21, T22; T31, T32) dont les trajets de conduction principale sont connectés en série, un transistor amont de chaque voie (T11,T21,T31) recevant sur sa borne d'entrée le signal d'entrée respectivement associé (E1, E2 et E3) et un transistor aval (T12, T22, T32) de chaque voie recevant sur son entrée de commande un signal de commande de com- mutation (C1, C2, C3) en créneau, basculant entre deux niveaux qui imposent respectivement le blocage et la con- duction du transistor aval. 2. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les transistors (T11, T12; T21 T22; T31, T32) de chaque voie de commutation (10, 20, 30) sont des transistors bipolaires. 3. Dispositif électronique de commutation multivoie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les transistors (T11, T12; T21, T22; T31, T32) de chaque voie de commutation sont des transistors à effet de champ. 4. Dispositif électronique de commutation multivoie selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé par le fait que le point de sortie commun (45) des différentes voies de commutation (10, 20, 30) attaque un étage de sortie transistorisé (40). 5. Dispositif électronique de commutation multivoie selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'étage de sortie transistorisé (40) comporte une résistance de charge (43) dans son circuit émetteur ou source, pour présenter une forte impédance d'entrée vis- à-vis des différentes voies de commutation. 6. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chacune des voies (10, 20, 30) possède en outre, entre le transistor aval associé (T12, T22, T32) et le point (45) commun aux différentes voies de commu- tation (10, 20, 30) une résistance de charge (R15, R25, R35) du transistor aval et un étage transistorisé auxi- liaire (T16, T26, T36). 7. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'étage transistorisé auxiliaire (T16, T26, T36) est un montage du type collecteur commun ou drain commun. 8. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque voie de commutation (10, 20, 30) comprend en outre une diode (D17, D27, D37) entre l'émetteur ou la source de l'étage transistorisé auxiliaire (T16, T26, T36) et le point (45) commun aux différentes voies de commuta- tion (10, 20, 30). À9. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie selon la revendication 8, caractérisé par le fait que chaque voie de commutation (10, 20, 30) comprend en outre une résistance de charge (R18, R28, R38) entre l'é- metteur ou la source du transistor auxiliaire (T16, T26, T36) et la diode associée (D17, D27, D37). 10. Dispositif électronique de commutation mul- tivoie selon la revendication 6, caractérisé par le fait que au niveau de l'étage transistoris6 auxiliaire (T16, T26, T36; l'tmetteur ou la source des transistors est relié(e) à la masse par une résistance.