Brevet FR2646298A1 — publié le 19901026

GENERATEUR DE COURANT A ENTREE DIFFERENTIELLE. La présente invention a pour objet un générateur de courant à entrée différentielle en tension comportant une prefière et une deuxième entrée attaquant respectivement une pre mièvre et une deuxième impédance de iêîe valeur. Pour réaliser des filtres actifs, on utilise en général un amplificateur opérationnel de gain très élevé, et convenablement associé à des composants passifs pour obtenir la fonction de transfert désirée. L'azplaficateur opérationnel a pour fonction de maintenir égaux les courants dans la branche d'entrée et dans la boucle de contre-réaction. L'idée de base de l'invention est de s'affranchir d'un tel amplificateur opérationnel et de réaliser une telle fonction par génération de courants. L'invention concerne dans ce but un générateur du type précité et caractérisé en ce que les première et deuxième impédance sont agencees de lanière à former respectivement une première et une deuxième branche de courant parcourues par un premier et un deuxième courant en relation linéaire avec les tensions d'entrée respectives, le courant-de sortie du générateur étant fourni à partir du deuxième courant et en ce qu'il colporte des moyens de compensation de courant agencés pour soustraire au deuxième courant qui parcourt la deuxième bran che, un troisième courant généré au moins à partir du premier courant et en relation linéaire au moins avec la première tension d'entrée, et dont la valeur est telle que le courant de sortie du générateur, dont la valeur est égale à la différence entre les valeurs des deuxième et troisième courants, ne dépende que de la différence des tensions d'entrée et de la valeur de l'impédance des entrées. Lesdits moyens de compensation peuvent être agencés de manière que le troisième courant soit la différence entre un courant de compensation et ledit premier courant. Selon un mode de réalisation préféré, le générateur selon l'invention est caractérisé en ce que la première et deuxième entrées sont agencées de manière à ajouter aux signaux d'entrée une première tension d'alimentation donnée, en ce que la première branche de courant comporte une première et une deuxième diode en série entre la première inpédance et une deuxième source de tension d'alimentation, la deuxième branche de courant étant constituée par la deuxième impédance et en ce que les moyens de compensation comportent d'une part un pre sieur transistor dont le trajet collecteur-émetteur est disposé en série entre la deuxième impédance et la deuxième source de tension d'alimentation, le premier transistor formant avec la deuxième diode un premier miroir de courant, et d'autre part une troisième branche de courant comportant d'une part une branche série disposée entre la première et la deuxième source de tension d'alimentation, branche-série colportant successivement le trajet collecteur-émetteur d'un deuxième transistor, une troisième impédance, une troisième diode, ledit deuxième transistor ayant sa base connectée au point commun entre la deuxième impédance et le trajet collecteur-émetteur du premier transistor, ledit point commun constituant la sortie du générateur, et d'autre part un troisième transistor formant avec la troisième diode un deuxième miroir de courant et dont le trajet collecteur-émetteur est disposé en parallèle avec la deuxième diode, le courant de collecteur du premier transistor étant ledit troisième courant. Le générateur selon l'invention peut etre utilisé conte filtre ou amplificateur en disposant une impédance de charge entre sa sortie et la deuxième source de tension d'ali tentation L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins qui représentent - les figures la et lb une boucle verrouillée en phase et un chronogramme de signaux correspondants, - les figures 2a à 2c un filtre de boucle utilisable dans une telle boucle-et deux schémas illustrant les courants dans ce filtre, - et la figure 3, un mode de réalisation préféré de l'invention, correspondant au cas du filtre de la figure 2a. La description ci-dessous se rapporte dans un but d'illustration à un exemple d'utilisation, à savoir un filtre de boucle d'une boucle d'asservissement en phase d'un oscillateur. Une telle boucle (fig.la) comporte un conparateur de phase PHC, un filtre de boucle F dont l'entrée est connectée à la sortie du comparateur de phase PHC et un oscillateur VCO commandé en tension et dont l'entrée est connectée à la sortie du filtre de boucle F (signal p5) Le comparateur de phase PHC est souvent un multiplieur de Gilbert, pour lequel l'écart de phase av entre les signaux d'entrée vo et Ci est égal à 90 au verrouillage de la boucle.Le signal #i disponible à la sortie S de l'oscillateur VCO a un retard de phase de 90' par rapport au signal d'entrée rectangulaire Go (fig.lb). Le comparateur de phase PHC produit à sa sortie un signal Pe dont l'amplitude est positive lorsque #0 et i sont à des niveaux différents, et négative lorsque *o et i sont au mé- me niveau. Le signaux de sortie e (fig.lb a donc une valeur moyenne 'lemoy qui est nulle lorsque o et i sont décalés de 90 . Le filtre de boucle F a pour fonction d'intégrer la valeur Pe et de restituer en sortie un signal lis, représentant sa valeur moyenne et qui conande l'oscillateur VCO. Le filtre F est choisi selon l'ordre désiré. Un filtre actif convenant à une boucle verrouillée en phase du second ordre est représenté à la figure 2a. Un amplificateur différentiel A présente à chacun de ses entrées une résistance d'entrée R1, R2 d'égale valeur, l'entrée du filtre étant alors attaquée en différentiel par le signal Pe fourni par le comparateur de phase PHC. Entre la sortie de l'amplificateur qui délivre le signal lis et l'entrée inverseuse de celui-ci est disposée un circuit série résistance-condensateur (résistance R3, conden sateur C). Le signal d'entrée lie présente deux états possibles.Désignons par el le signal appliqué à la résistance R1 (entrée inverseuse) et e2 le signal appliqué à la résistance R2 (entrée non inverseuse). On a soit = el = li ee = O (amplitude positive) el = O e2 = li (amplitude négative) Dans le premier cas, la résistance R1 est équivalente à une source de courant fournissant au circuit série R3C un courant d'intensité |i| = R Dans le second cas, la résistance R1 est équivalente à une source de courant de sens inverse tirant du circuit série un courant d'intensité l i l = R1 La figure 3 correspond à une mise en oeuvre du schéma de la figure 2a à partir de sources de courant.Elle comporte une première branche de courant comprenant, en série entre une source de tension d'alimentation Vcc et le pôle de mode commun, une sortie du comparateur de phase PHC délivrant la tension el de manière à l'additionner à la tension Vcc, une résistance R1 et deux transistors npn T1 et Tz montés en diode (base et collecteur court-circuités). Elle comporte éga liement une deuxième branche de courant comprenant, en série entre la source de tension Vcc et le pole de iode commun, une deuxième sortie du comparateur de phase PHC délivrant la tension ez et agencée de manière à l'additionner à la tension Vcc, une résistance R2 et le trajet collecteur-émetteur d'un transistor npn T3, dont la base est connectée au point conun aux diodes T1 et Tz, de manière à former avec la diode T2 un miroir de courant. Elle comporte enfin une troisième branche de courant comprenant, en série entre la source de tension Vcc et le pôle de mode coxoun, le trajet collecteur-émetteur d'un transistor npn T6 dont la base est connectée au-point commun à la résistance R2 et au collecteur du transistor T3 qui constitue la sortie du générateur de courant1 une résistance R4 et un transistor npn Ts monté en diode (base et collecteur courtcircuités). La troisième branche de courant comporte également un transistor npn T4 dont la base est connectée au point commun à la résistance R4 et à la diode T5 pour forner avec celle-ci un miroir de courant, et dont le trajet collecteur-émetteur est connecté aux bornes de la diode T2. Le générateur de courant ainsi constitué délivre un courant i (tension de sortie p5), par exemple à une charge constituée par un circuit série résistance capacité R3, C. Soient il, i2 et i3 les courants traversant respectivenent les première, deuxième et troisième branches. Soient VBET1, VBET2, VBET5 et VBET6 les ten- sion base-émetteur des transistors respectivement T1, T2, Ts et T6. On a Vcc - e1 - VBET1 - VBET2 (1) i1 = R1 (1) Vcc - e - s i1 = Vcc - e2 - car R1 = R2 (2) 115 - BET5 - VBET6 i3 = R1 car R4 = R1 (3) La fonction des première et deuxième branches de courant est de fournir des courants dépendant linéairement des tensions el et e2.La fonction de la troisième branche de courant est de compenser l'influence sur le courant de sortie i de paramètres autres que la différence des tensions el et ez et la valeur de l'impédance d'entrée, ici résistive. Le premier miroir de courant (T2, T3) a pour fonction de produire un courant qui est la différence entre les courants de la premiè re et de la troisième branche. Le deuxième miroir de courant a pour fonction de recopier le courant de la troisième branche pour effectuer ladite soustraction. Soient ITIl IT2, IT4, IT4 les courants traversant les trajets collecteur-émetteur des transistors respectivement T1, T2, T4 et T5 (on néglige les courants de ba se). Les équations de fonctionnement sont les suivantes = = IT2 (Tz et T3 forment un miroir de courant) IT4 = IT5 i i3 (T4 et T5 forment un miroir de courant) 1T2 = il - 1T4 = i1 - i3 = IT3 i = i2 - iT3 = i2 - ii + i3 En utilisant les formules (1) à (3) on a = Vcc - e2 - s - Vcc + e1 + vBET1 + s - VBET2 + VBET5 - VBET6 R1 En négligeant les écarts entre les différentes valeurs de VBE, on a = i = R1 ce qui correspond bien à la fonction recherchée. REVENDICATIONS = 1. Générateur de courant à entrée différentielle en tension comportant une première et une deuxième entrée attaquant respectivement une première et une deuxième impédance de même valeur caractérisé en ce que les première (R1) et deuxième (ruz) impédances sont agencées de manière à former respectivexent une première et une deuxième branche de courant parcourues par un premier et un deuxième courant en relation linéaire avec les tensions d'entrée respectives, un courant de sortie du générateur étant fourni à partir du deuxième courant, et en ce qu'il comporte des moyens de compensation de courant agencés pour soustraire au deuxième courant qui parcourt la deuxième branche un troisième courant généré au moins à partir du premier courant et en relation linéaire avec au moins la première tension d'entrée, et dont la valeur est telle que le courant de sortie du générateur, dont la valeur est égale à la différence entre les valeurs des deuxième et troisième courant, ne dépende que de la différence des tensions d'entrée et de la valeur de l'impédance des entrées. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des première (Rt) et deuxième (R2) impédances est une résistance. 3. Générateur selon une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation sont agencés de nanière que le troisième courant soit la différence entre un courant de compensation et ledit premier courant. 4. Générateur selon la revendications 3, caractérisé en ce que les première et deuxiène entrées sont agencées de manière à ajouter aux signaux d'entrée une première tension d'alimentation donnée (Vcc) en ce que la première branche de courant comporte une première (Tl) et une deuxième (T2) diode en série entre la première impédance (R1) et une deuxième source de tension d'alimentation la deuxième branche de courant étant constituée par la deuxième impédance (Rz) et en ce que les moyens de compensation comportent d'une part un premier transistor (T3) dont le trajet collecteur-émetteur est disposé en série entre la deuxième impédance et la deuxième source de tension d'alimentation1 le premier transistor (T3) formant avec la deuxième diode (Tz) un premier miroir de courant, et d'autre part1 une troisième branche de courant com- portant d'une part une branche série disposée entre la première (Vcc) et la deuxième source de tension d'alimentation, branche-série coaportant successivement le trajet collecteurémetteur du deuxième transistor (T6), une troisième impédance (ru), et une troisième diode (Ts), le deuxième transistor (T6) ayant sa base connectée au point commun entre la deuxième impédance (Rz) et le trajet collecteur-émetteur du premier transistor (T2), ledit point commun constituant la sortie du générateur, et d'autre part un troisième transistor (Tc) formant avec la troisième diode (Ts) un deuxième miroir de courant et dont le trajet collecteur-émetteur est disposé en parallèle avec la deuxième diode (T2), le courant de collecteur du premier transistor étant ledit troisième courant. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la troisième impédance à la même valeur que les pre visière et deuxième impédances. 6. Générateur selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une impédance de charge disposée entre la sortie du générateur et la deuxième source de tension d'alimentation 7. Générateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'impédance de charge comporte un circuit série résistance-condensateur.