Brevet FR2573213A1 — publié le 19860516

La présente invention concerne un circuit tampon à structure différentielle pour la mesure de charges capacitives. Dans de nombreux systèmes électroniques, on a besoin de convertir une charge capacitive en un signal de tension corres- pondant à travers un circuit à basse impédance habituellement appelé "tampon". On connaît déjà des circuits "single-ended", ou asy- métriques, c'est-à-dire non différentiels, qui assurent cette fonc- tion. Toutefois, ces circuits tendent à être affectés par les éventuelles perturbations de l'alimentation et à donner en conse- quence des signaux de sortie relativement peu précis et instables. On connaît déjà également des circuits différentiels inverseurs qui, toutefois, exigent une remise à zéro, ou reposition- nement, entre une opération et l'autre. Ceci complique naturellement aussi bien la structure que le fonctionnement de ces circuits. Le but de la présente invention est de réaliser un circuit tampon à structure différentielle qui, d'une façon simple du point de vue structurel et fonctionnel, permette de convertir une charge capacitive en un signal de tension stable, précis et exempt de perturbations de type quelconque. Selon l'invention, ce problème a été résolu au moyen d'un circuit tampon qui comprend un amplificateur opérationnel possé- dant deux entrées, deux sorties et une paire de condensateurs de réaction intercalés entre lesdites sorties et les entrées corres- pondantes, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de condensateurs supplémentaires identiques auxdits condensateurs de réaction, et des moyens de commutation permettant de connecter alternativement chacun desdits condensateurs supplémentaires entre une sortie correspondante de l'amplificateur et un potentiel de polarisation ou entre ladite sortie de l'amplificateur et l'entrée qui correspond à l'autre sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé, qui représente un schéma de ce circuit. Sur le dessin, on a indiqué en B un circuit tampon comprenant un amplificateur opérationnel A muni de deux entrées inverseuses I1 et 12 el de deux sorties U1 et U2, ainsi que de condensateurs de réaction (identiques) C1 et C2 placés pour con- necter lesdites sorties U1 et U2 aux entrées correspondantes 1 et 12. La sortie U1 peut être alternativement connectée à un potentiel de polarisation d'entrée Vp2 (par exemple à la masse) ou à l'entrée 12 à travers un condensateur C4 (identique à C1), en fonction de l'état d'un commutateur S2, tandis que la sortie U2 peut être alternativement connectée à un potentiel de polarisation d'entrée Vp1 (identique à Vp2) ou à l'entrée I1 à travers une capa- cité C3 (identique à C2) en fonction de l'état d'un commutateur S synchronisé avec S ou solidaire de celui-ci. Pour l'utilisation du circuit tampon pour la mesure d'une charge capacitive, telle que celle emmagasinée dans un condensateur C5 (et dans un condensateur C6 identique) à la suite du passage d'un courant entre une entrée à potentiel VB1 = VB2 = VP1 = Vp2, il est prévu en outre deux paires de commutateurs S3, S4 et S5, S6 synchronisés avec IS1, S2 ou solidaires de ceux-ci. Dans une première phase de fonctionnement, tous les commutateurs, S1 à S6, sont dans la position représentée en traits continus sur le dessin et, par conséquent, les condensateurs C5 et C se chargent respectivement à la tension V. et -Vi, tandis 6 i que les condensateurs C1 et C2, en combinaison avec C3 et C4, maintiennent à des valeurs stables les tensions de sortie V et u -Vu qui se sont précédemment formées aux bornes U1 et U2. Dans une deuxième phase de fonctionnement, tous les commutateurs S1 à S6 sont au contraire amenés à la position repré- sentée en traits interrompus, de sorte que les condensateurs C5 et C6, qui sont maintenant charges aux potentiels Vi et -Vi, sont connectés au circuit tampon B et que les condensateurs C4 et C3 injectent une charge égale à celle accumulée sur les condensateurs C2 et C1 mais de signe opposé. Le résultat est qu'il vient s'établir aux sorties U1 et U2 des signaux de tension Vu, -Vu, qui reflètent la charge des condensateurs C5, C6, c'est-à-dire qui sont égaux à Vi, -V. i La précision des signaux de sortie est assurée d'autre part par les condensateurs C3 et C4 qui, en injectant une charge égale à celle accumulée sur les condensateurs C1 et C2,mais de signe opposé, en annulent les effets et, en particulier, annulent le phénomène de répartition de la charge sur C5 et C6, résultant de la présence de C1 et de C2 et de la tension mémorisée précédem- ment par ces condensateurs et qui, autrement, tendraient à donner un signal de sortie qui ne correspondrait pas à la charge du conden- sateur à mesurer. Au contraire, dans ce cas, le condensateur C5, C6 est connecté à l'amplificateur opérationnel A sans autre capa- cité de comparaison, de sorte que le signal de sortie est stable, précis et indépendant de l'état de fonctionnement précédent. IL convient en outre de remarquer que l'annulation des capacités C1 et C2 par C3 et C4 permet, dans la deuxième phase précitée, de connecter à l'entrée positive I1 un ou plusieurs condensateurs C7 et, à l'entrée négative I2, un ou plusieurs con- densateurs C8 connectés à des générateurs respectifs Vx et -Vx, chaque fois que l'on veut amplifier ces signaux par un certain facteur K = 7 (C7 = C8). Cl Ce circuit fonctionne donc simultanément en tampon pour certains signaux et en amplificateur pour d'autres signaux, indépendamment de leur nombre. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de L'invention. R EVENDICATIONS 1. Circuit tampon à structure différentielle pour la mesure de charges capacitives, comprenant un amplificateur opéra- tionnel (A) possédant deux entrées (I1, I2), deux sorties (U1, U2) et une paire de condensateurs de réaction (C1, C2) intercalés entre lesdites sorties et les entrées correspondantes, caractérisé en ce qu'iL comprend une paire de condensateurs supplémentaires (C3, C4) identiques auxdits condensateurs de réaction (C1, C2), et des moyens de commutation (S1, S2) permettant de connecter alternati- vement chacun desdits condensateurs supplémentaires (C3, C4) entre une sortie de l'amplificateur (A) et un potentiel de polarisation ou entre ladite sortie de l'amplificateur et l'entrée qui corres- pond à l'autre sortie. 2. Circuit tampon selon La revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commutation supplémentaires (S3-S6) synchronisés avec ceux qui ont été mentionnés plus haut pour connecter un condensateur à mesurer (C5, C6) en parallèle avec lesdits con- densateurs de réaction (C1, C2) simultanément avec la connexion desdits condensateurs supplémentaires (C3, C4) entre ladite sortie de l'amplificateur (A) et l'entrée qui correspond à l'autre sortie. 3. Circuit tampon selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit potentiel de polarisation est égal au potentiel de polarisation d'entrée de l'amplificateur (A).