Brevet FR2718583A1 — publié le 19951013

OSCILLATEUR COMMANDE À GRANDE PLAGE DE VARIATION DE FRÉQUENCE La présente invention concerne les oscillateurs commandes par un signal (une tension ou un courant), et plus particulièrement un oscillateur commandé dont la fréquence peut varier dans une grande plage. La figure 1 représente un premier type d'oscillateur commandé classique. L'oscillateur comprend un nombre impair d inverseurs, par exemple trois inverseurs 11, 12, 13, connectés en anneau, c est-à-dire que chacun des inverseurs reçoit sur son entrée la sortie de l'inverseur précédent et que le premier inverseur 11 reçoit sur son entrée la sortie du dernier inverseur 13. La sortie de l'inverseur 13 constitue également la borne de sortie F de l'oscillateur. Chacun des inverseurs 11 à 13 comprend une première borne d'alimentation reliée à un potentiel d'alimentation bas GND, et une deuxième borne d'alimentation reliée à un potentiel d'alimentation haut Vdd par l'intermédiaire d'une source de courant respective I1 à I3. Les sources I1 à 13 fournissent un courant variable en fonction d'un signal de commande Vc. La fréquence de 1' oscillateur croît avec le courant des sources Il à I3. La fréquence est maximale quand les sources Il à I3 sont saturées, ce qui correspond à une connexion directe des deuxièmes bornes d'alimentation des inverseurs au potentiel Vdd. Cette fréquence maximale augmente lorsque le nombre d'inverseurs oonnectés en anneau diminue. En pratique, le nombre minimal d ' inverseurs que lton peut connecter en anneau est 3. Un oscillateur commandé du type de la figure 1 a l'avantage d'avoir une fréquence maximale particulièrement élevée mais il a l'inconvénient d'avoir une plage de variation de fréquence faible. En effet, pour diminuer la fréquence, on diminue les courants des sources Il à I3, ce qui a pour conséquence de réduire la tension d'alimentation des inverseurs 11 à 13. Au fur et à mesure que l'on diminue les courants des sources I1 à I3, il arrive un moment où les inverseurs 11 à 13 ne peuvent plus fonctionner. La figure 2 représente un deuxième type d'oscillateur commandé classique, ayant une grande plage de variation de fréquence. Cet oscillateur comprend deux boucles d ' inverseurs connectés en anneau. Les boucles comprennent des nombres impairs différents d'inverseurs. Une première boucle est formée par trois inverseurs 21, 22, 23, et la boucle est fermée par un transistor MOS à canal N M1. Une deuxième boucle est formée par les inverseurs 21 à 23 et par deux inverseurs supplémentaires 24 et 25. Cette deuxième boucle est fermée par un transistor MOS à canal N M2. La sortie de l'inverseur 25 constitue la sortie F de l'oscillateur. L'oscillateur est commandé par deux tensions Vcl et Vc2 apliquées respectivement sur la grille du transistor M1 et sur la grille du transistor M2. Lorsque la tension Vcl est maximale et la tension Vc2 minimale, le transistor M1 est entièrement passant et le transistor M2 est bloqué. L'oscillateur est alors constitué par la seule première boucle des trois inverseurs 21 à 23. La sortie de l'inverseur 23 est transmise à la sortie F de l'oscillateur par les inverseurs 24 et 25. La fréquence de 1' oscillateur est alors maximale. Lorsque la tension Vcl est minimale et la tension Vc2 maximale, le transistor M1 est bloqué et le transistor M2 est entièrement passant. L'oscillateur est alors constitué de la seule deuxième boucle des cinq inverseurs 21 à 25. La fréquence de 1' oscillateur est alors sensiblement égale à la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à cinq inverseurs, qui est inférieure à la fréquence minimale que lton puisse obtenir avec un oscillateur du type de la figure 1. La fréquence minimale est obtenue par un compromis de choix des tensions Vcl et Vc2. Les fréquences intermédiaires de l'oscillateur sont obtenues, à partir de ce compromis, en faisant croître la tension Vcl et/ou en faisant décroître la tension Vc2. Avec un oscillateur de type de la figure 2, on obtient une plage de variation de fréquence limitée par une fréquence maximale inférieure à la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à trois inverseurs et par une fréquence minimale inférieure à la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à cinq inverseurs. Cette plage de variation de fréquence est supérieure à celle que l'on obtient avec un oscillateur du type de la figure 1. Toutefois, le transistor M1, même pleinement conducteur, introduit une résistance entre la sortie de l'inverseur 23 et 1' entrée de l'inverseur 21 ainsi qu'une capacité de jonction sur l'entrée de l'inverseur 21 et sur la sortie de l'inverseur 23. Le transistor M2 introduit une capacité de jonction supplé mentaire sur 1 'entrée de l'inverseur 21. Ces phénomènes parasites introduisent un retard entre l'inverseur 23 et l'inverseur 21 qui a pour conséquence une diminution notable de la fréquence maximale de l'oscillateur. En outre, un oscillateur du type de la figure 2 est particulièrement complexe à utiliser, car on doit générer deux tensions de commande Vcl et Vc2. Un objet de la présente invention est de prévoir un oscillateur commandé à grande plage de variation de fréquence et à fréquence maximale particulièrement élevée. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel oscillateur commandé utilisant un signal de commande unique. Ces objets sont atteints grâce à un oscillateur commandé comprenant des première et deuxième boucles de respectivement deux nombres impairs différents d'inverseurs. Au moins un inverseur de la première boucle et n'appartenant pas à la deuxième boucle est alimenté par un courant variant en phase avec un signal de commande et au moins un inverseur de la deuxième boucle et n'appartenant pas à la première boucle est alimenté par un courant variant en opposition de phase avec le signal de commande. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit au moins un inverseur de la première boucle comprend une borne d'alimentation reliée à un potentiel d'alimentation bas par l'intermédiaire d'un transistor MOS à canal N dont la grille reçoit le signal de commande, et ledit au moins un inverseur de la deuxième boucle comprend une borne d'alimentation reliée à un potentiel d'alimentation haut par l'intermédiaire d'un transistor MOS à canal P dont la grille reçoit le signal de commande. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la boucle ayant le moins d'inverseurs comprend trois inverseurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque dit au moins un inverseur comprend deux inverseurs. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif à l'aide des figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemnent décrite, représente un oscillateur commandé en anneau classique la figure 2, précédemment décrite, représente un oscillateur classique à deux boucles permettant d'obtenir une plage de variation de fréquence particulièrement grande la figure 3 représente un mode de réalisation d'oscillateur commandé selon l'invention ; et la figure 4 représente un autre mode de réalisation d'oscillateur commandé selon l'invention. L'oscillateur de la figure 3, comme celui de la figure 1, comprend deux boucles 28 et 29 d'inverseurs connectés en anneau. La boucle 28 comprend trois inverseurs 31, 32 et 33 et la boucle 29 comprend cinq inverseurs dont l'inverseur 33 et quatre inverseurs supplémentaires 34, 35, 36 et 37. La sortie de l'inverseur 33 constitue la sortie F de 1 'oscillateur. Selon l'invention, au moins un des inverseurs de l'une des boucles est alimenté par un courant variant en phase avec un signal de commande Vc et au moins un inverseur de 1 'autre boucle est alimenté par un courant variant en opposition de phase avec le signal de commande Vc. Ces inverseurs commandés sont choisis dans les branches non communes aux deux boucles (l'inverseur 33 ne peut être choisi). Les autres inverseurs sont alimentés directement entre un potentiel haut Vcc et un potentiel bas GND. Dans le mode de réalisation de la figure 3, les inverseurs 32 et 31 de la boucle 28 sont alimentés par un courant variant en phase avec le signal de commande Vc, et les inverseurs 36 et 37 de la boucle 29 sont alimentés par un courant variant en opposition de phase avec le signal de commande Vc. Pour cela, par exemple, chacun des inverseurs 31 et 32 comprend une borne d'alimentation reliée au potentiel bas GND par l'intermédiaire d'un transistor MOS à canal N respectif MN1 et MN2 dont la grille reçoit la tension de commande Vc. La borne d'alimentation restante de chacun des inverseurs 31 et 32 est reliée directement au potentiel haut Vdd. Par ailleurs, une borne d'alimentation de chacun des inverseurs 36 et 37 est reliée au potentiel haut Vdd par l'intermédiaire d'un transistor MOS à canal P respectif MP6 et MP7 dont la grille est commandée par la tension de commande Vc. La borne d'alimentation restante de chacun des inverseurs 36 et 37 est reliée directement au potentiel bas GND. Lorsque la tension de comnande Vc est maximale, les transistors MP6 et MP7 sont bloqués et les transistors MN1 et MN2 sont entièrement conducteurs. Ainsi, les inverseurs 31 et 32 sont pleinement alimentés et les inverseurs 36 et 37 ne sont pas alimentés. La boucle 29 comprenant les inverseurs 33 à 37 est inactive. La boucle 28 comprenant les inverseurs 31 à 33, oscille à sa fréquence maximale sans être perturbée par des éléments introduisant des déphasages dans la boucle ; la fréquence d'oscillation est à sa valeur maximale possible, égale à la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à trois inverseurs. Lorsque la tension de commande Vc diminue, les transistors MN1 et MN2 deviennent moins conducteurs et les transistors MP6 et MP7 deviennent plus conducteurs. Les inverseurs 31 et 32 sont de moins en moins alimentés et les inverseurs 36 et 37 sont de plus en plus alimentés. Dans une première plage de décroissance de la tension Vc, la boucle 29 reste inactive et la fréquence d'oscillation de la boucle 28 décroît à partir de la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à trois inverseurs. Dans une deuxième plage de décroissanoe de la tension Vc, tous les inverseurs sont suffisamment alimentés et les deux boucles sont actives. Dans une troisième et dernière plage de décroissanoe, la boucle 28 est inactive et la boucle 29 est active. La fréquence de l'oscillateur se met à croître vers la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à cinq inverseurs. La fréquence minimale de l'oscillateur, inférieure à la fréquence maximale d'un oscillateur en anneau à cinq inverseurs, est obtenue pour une valeur de la tension Vc dans la deuxième plage. Cette valeur peut facilement être trouvée expérimentalement ou par simulation. La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'oscillateur commandé selon l'invention. Dans cet oscillateur, un seul inverseur dans chaque boucle est alimenté par un courant variable en fonction de la tension de commande Vc. La première boucle, 28', comprend l'inverseur 32 alimenté par un courant variable comme cela a été décrit en relation avec la figure 3, l'inverseur 33 et un inverseur 40. La sortie F de l'oscillateur est constituée par la sortie de l'inverseur 40. La deuxième boucle, 29', comprend les cinq inverseurs 33, 40, 34, 35, et l'inverseur 36 alimenté par un courant variable, comme cela a été décrit en relation avec la figure 3. Cette configuration est de structure plus simple que celle de la figure 3. REVEND ICAT IONS 1. Oscillateur commandé comprenant des première et deuxième boucles (28, 29) de respectivement deux nombres impairs différents d'inverseurs, caractérisé en ce qu'au moins un inverseur (31, 32) de la première boucle et n'appartenant pas à la deuxième boucle est alimenté par un courant variant en phase avec un signal de commande (Vc) et en ce qu'au moins un inverseur (36, 37) de la deuxième boucle et n'appartenant pas à la première boucle est alimenté par un courant variant en opposition de phase avec le signal de commande. 2. Oscillateur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un inverseur (31, 32) de la première boucle comprend une borne d'alimentation reliée à un potentiel d'alimentation bas (GND) par l'intermédiaire d'un transistor MOS à canal N dont la grille reçoit le signal de commande (Vc), et en ce que ledit au moins un inverseur (36, 37) de la deuxième boucle comprend une borne d'alimentation reliée à un potentiel d'alimentation haut (Vcc) par l'intermédiaire d'un transistor MOS à canal P dont la grille reçoit le signal de commande. 3. Oscillateur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle ayant le moins d'inverseurs comprend trois inverseurs. 4. Oscillateur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dit au moins un inverseur comprend deux inverseurs.