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ECHANTILLONNEUR-BLOQUEUR DIFFERENTIEL, NOTAMMENT POUR
CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE
L'invention concerne les échantillonneurs bloqueurs, et
notamment ceux qui sont destinés à étre placés en amont d'un convertisseur
analogique-numérique.
Un échantillonneur-bloqueur fonctionne périodiquement, sous la
commande d'une horloge, selon deux phases alternées : la première phase
est la phase d'échantillonnage pendant laquelle on vient stocker dans une
capacité de stockage un niveau de tension d'un signal d'entrée (notamment
un signal analogique qu'on veut convertir en numérique) ; la deuxième phase
est la phase de blocage, pendant laquelle on maintient à sa valeur la tension
1o échantillonnée, c'est-à-dire la tension stockée dans la capacité, et ceci
tout le
temps qui est nécessaire aux opérations faites en aval de l'échantillonneur-
bloqueur. Typiquement, dans une application à un convertisseur analogique-
numérique, on sait que l'opération de conversion analogique-numérique
prend un certain temps et la phase de blocage maintient le niveau de tension
échantillonnée pendant tout le temps nécessaire à la conversion, avant de
passer à une phase d'échantillonnage suivante et à une conversion suivante.
Le signal analogique qu'on désire échantillonner en vue de le
convertir, présente des variations plus ou moins rapides et parmi les qualités
d'un échantillonneur-bloqueur il y a son aptitude à suivre rapidement les
2o variations du signal d'entrée.
Cela suppose qu'il n'y ait pas trop de constantes de temps dans
les circuits de charge et décharge de la capacité de stockage, et cela
suppose en particulier que les sources de courant qui servent à charger la
capacité ou à la décharger soient suffisamment puissantes.
Une manière classique de réaliser un échantillonneur-bloqueur
consiste à utiliser
- un transistor suiveur recevant le signal d'entrée
(éventuellement après un amplificateur tampon de gain 1 qu'on ne
prendra pas en considération pour simplifier les explications),
- une capacité de stockage connectée à la sortie du
transistor suiveur,
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- et un commutateur de courant pour autoriser le passage
de courant dans le transistor suiveur pendant les phases
d'échantillonnage et l'interdire pendant les phases de blocage.
Une manière améliorée de réaliser un échantillonneur-bloqueur
consiste à utiliser un montage différentiel symétrique, qui permet d'éliminer
l'influence des erreurs de mode commun. Dans ce cas, l'échantillonneur
bloqueur comprend deux demi-échantillonneurs-bloqueurs recevant chacun
une entrée différentielle respective et ayant une sortie différentielle
respective, chaque demi-échantillonneur comprenant un transistor suiveur,
~o une capacité de stockage, et un commutateur de courant.
On fait ici le constat suivant, concernant l'aptitude de
l'échantillonneur à suivre des variations rapides du signal d'entrée et à
échantillonner correctement le signal d'entrée malgré ces variations rapides
tout d'abord on remarque que la tension échantillonnée sur la capacité de
~s stockage n'est le plus souvent pas égale à la tension d'entrée, mais elle
est'
plutôt égale à la tension d'entrée diminuée d'une tension base-émetteur du
transistor suiveur ; si cette tension base-émetteur était parfaitement connue,
fixe, et identique pour les deux transistors suiveurs des deux demi-
échantillonneurs, il n'y aurait pas de difficulté pour un fonctionnement
parfait
2o de l'échantillonneur puisque cette tension serait éliminée par soustraction
dans le signal de sortie différentiel ; mais en réalité cette tension base-
émetteur peut varier notablement lors de charges et décharges des
capacités de stockage, dues à une variation rapide du signal d'entrée à
échantillonner ; les tensions base-émetteur des deux transistors suiveurs de
25 l'échantillonneur différentiel tendent à varier en sens inverse tant que la
tension aux bornes de la capacité de stockage n'a pas pris une valeur finale
stable ; de plus l'amplitude de la variation n'est pas symétrique pour les
deux
transistors comme on l'expliquera plus en détail dans la suite (notamment en
raison de la forme non linéaire des caractéristiques courant-tension des
3o transistors). Par conséquent, si l'échantillonnage est fait à fréquence
élevée
et si le signal d'entrée présente des variations rapides, il y a un risque que
les capacités de stockage n'aient pas le temps de se stabiliser à leur valeur
finale, et que des appels de courant subsistent dans les transistors suiveurs
à la fin de la période d'échantillonnage, induisant une erreur (non
3s corrigeable par soustraction) sur les tensions échantillonnées dans les
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capacités de stockage. Cette erreur de distorsion harmonique du troisième
ordre est de la forme H3 = (CAc~JI 1 )2112 où C est la capacité de stockage,
11
le courant qui parcourt le transistor suiveur, A l'amplitude du signal
d'entrée,
et c~ la pulsation du signal.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient.
. Elle propose à cet effet un échantillonneur-bloqueur différentiel comportant
deux demi-échantillonneurs principaux ayant chacun une entrée différentielle
respective et une sortie différentielle respective, chaque demi-
échantillonneur
comprenant au moins une capacité de stockage et un transistor suiveur de
~o tension fonctionnant en suiveur pendant des périodes d'échantillonnage et
bloqué pendant des périodes de blocage, caractérisé en ce qu'à chaque
demi-échantillonneur (ci-après appelé demi-échantillonneur principal) est
associé un demi-échantillonneur bloqueur auxiliaire respectif comprenant un
transistor suiveur auxiliaire alimenté par une tension prélevée aux bornes de
~~ la capacité de stockage de l'autre demi-échantillonneur principal, une
capacité de stockage auxiliaire reliée à la sortie de ce transistor suiveur
auxiliaire, un commutateur de courant auxiliaire pour autoriser ou bloquer le
passage de courant dans le transistor suiveur auxiliaire, et un moyen pour
appliquer à l'entrée du transistor suiveur auxiliaire une tension qui suit les
2o variations de la tension d'entrée du demi-échantillonneur principal.
Dans une première réalisation, chaque demi-échantillonneur
bloqueur principal comporte un commutateur de courant principal actionné
en synchronisme avec le commutateur de courant auxiliaire associé, pour
autoriser la conduction du transistor suiveur principal de ce demi-
es échantillonneur principal pendant les périodes d'échantillonnage et pour
interdire cette conduction pendant les périodes de blocage.
Dans une deuxième réalisation, il n'y a pas de commutateur de
courant principal, et c'est le commutateur de courant auxiliaire du demi-
échantillonneur auxiliaire associé au demi-échantillonneur principal qui
3o assure cette fonction de commande du transistor suiveur du demi-
échantillonneur principal comme du demi-échantillonneur auxiliaire.
La tension appliquée à l'entrée du transistor suiveur auxiliaire est
de préférence décalée d'une valeur fixe par un ou plusieurs transistors
suiveurs pour des raisons de maintien d'une polarisation suffisante du
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transistor suiveur auxiliaire (lequel est alimenté par la tension présente sur
une capacité de stockage).
Le courant des sources de courant auxiliaires est de préférence
égal à celui des sources de courant principales et la valeur de la capacité
s auxiliaire est alors de préférence égale à la moitié de celle des capacités
principales pour optimiser la distorsion harmonique du troisième ordre H3 qui
est alors divisée par 4 (gain de 12 dB).
Le courant de la source de courant auxiliaire peut être égal à k fois
le courant de la source principale, k étant de préférence supérieur à 1.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront
à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en
référence aux
dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente un schéma simplifié d'échantillonneur
bloqueur différentiel de la technique antérieure ;
- la figure 2 représente un schéma simpl ifié d'échantillonneur
bloqueur selon l'invention
- la figure 3 représente une variante de réalisation.
2o L'invention sera décrite en référence à une technologie utilisant
des transistors bipolaires qui sont en général plus avantageux du point de
vue de la rapidité.
Cependant, l'invention est applicable également à des
technologies n'utilisant que des transistors MOS. Dans ce cas, on
comprendra que les notions d'émetteur, base, et collecteur de transistor
doivent ëtre remplacés par les notions de grille, source et drain, sans que
cela change les principes de l'invention. Le vocabulaire émetteur, base,
collecteur sera donc utilisé avec un sens très général dans cette description
et dans les revendications.
3o La figure 1 représente le principe général d'un échantillonneur
bloqueur différentiel destiné à échantillonner une tension différentielle
d'entrée Vin-Vin' appliquée sous forme d'une tension Vin sur une première
entrée et une tension Vin' sur une deuxième entrée de l'échantillonneur. Ces
tensions à échantillonner sont en général appliquées à des amplificateurs
tampons de gain unitaire AMP et AMP' respectivement, qui ont une forte
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impédance d'entrée et une faible impédance de sortie afin que
l'échantillonneur bloqueur ne soit pas une source de perturbations pour le
signal qui lui est appliqué. On considérera donc, en faisant abstraction de
ces amplificateurs tampons de gain unitaire, que l'échantillonneur bloqueur
5 proprement dit a deux entrées E et E' qui sont les sorties des
amplificateurs
AMP et AMP' et qui reçoivent des tensions répliques des tensions Vin et Vin'.
L'échantillonneur bloqueur fournit sur deux sorties difFérentielles S
et S' des tensions qui sont des échantillons périodiques Vs et Vs'
représentant les tensions d'entrée Vin et Vin' ; entre S et S' apparaissent
des
~o échantillons difFérentiels Vs-Vs' de la tension différentielle d'entrée Vin-
Vin'.
L'échantillonneur bloqueur proprement dit comporte deux circuits
identiques qui sont deux demi-échantillonneurs bloqueurs ayant pour entrées
respectivement l'entrée E pour le demi-échantillonneur de gauche et l'entrée
E' pour le demi-échantillonneur de droite, et pour sortie respectivement la
~5 sortie S et la sortie S'. La tension de sortie différentielle de
l'échantillonneur
bloqueur est prise entre les sorties S et S' des deux demi-échantillonneurs.
Le demi-échantillonneur bloqueur de gauche (entrée E, sortie S)
comporte essentiellement
- un transistor suiveur de tension, T1, ayant sa base (qu'on
2o appellera aussi son "entrée") connectée à l'entrée E, son émetteur (qu'on
appellera aussi sa "sortie") reliée à la sortie S, et son collecteur relié à
une
tension d'alimentation Vcc (sur ce dernier point, des variantes sont possibles
avec un transistor de maintien d'un niveau de blocage sur la base du
transistor suiveur) ;
25 - une capacité de stockage C reliée entre la sortie S (donc
l'émetteur de T1 ) et une masse commune du circuit ;
- un moyen de commutation pour autoriser le fonctionnement
du transistor T1 en suiveur de tension pendant les phases d'échantillonnage
de sorte que la tension aux bornes de la capacité C suit les variations de la
3o tension sur l'entrée E, et pour interdire la décharge de la capacité C
pendant
les phases de blocage afin que la tension échantillonnée sur la sortie S reste
constante pendant toute la phase de blocage qui suit chaque phase
d'échantillonnage.
Le moyen de commutation est classiquement constitué par un
3s groupe de deux transistors T2 et T3 fonctionnant en tout ou rien et en
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s
opposition de phase entre eux sous la commande d'une horloge périodique
fournissant des signaux d'échantillonnage HE et de blocage HB. Le signal
d'échantillonnage HE est à un niveau logique haut quand le signal de
blocage HB est à un niveau logique bas et réciproquement.
s Le transistor T2 a son collecteur relié à l'émetteur du transistor T1
et son émetteur relié à une source de courant SC1 parcouru par un courant
constant de valeur 11. La base de T2 est commandée par le signal
d'échantillonnage HE. Pendant la phase d'échantillonnage (NE au niveau
haut), le transistor T2 est rendu conducteur et l'émetteur de T1 est parcouru
~o par un courant constant 11. Le transistor T1 fonctionne en suiveur de
tension
et la tension Vs appliquée par son émetteur à la capacité de stockage C est
la tension d'entrée Vin diminuée d'une tension émetteur-base Vbe1 du
transistor T1 (Vbe1 est égal à environ 0,7 à 0,8 volts pour un transistor
bipolaire et est fonction de 11 mais 11 est une valeur fixe). Vs=Vin-Vbe1.
~5 Pendant que le signal d'échantillonnage est à l'état haut, le transistor
T3,
monté comme on l'expliquera plus loin, est bloqué et n'a pas d'influence sur
le fonctionnement qui vient d'étre indiqué.
La durée de l'état logique haut du signal d'échantillonnage HE est
sufFisante pour que la capacité C ait le temps de se charger à la valeur
2o Vs = Vin-Vbe1, et cette durée dépend donc des paramètres qui influent sur
la
constante de temps de charge de la capacité (taille du transistor T1
notamment, valeur du courant 11, valeur de la capacité, valeur des
résistances parasites des connexions, etc.).
Le transistor T3 a son collecteur relié à la base du transistor T1,
25 son émetteur relié à la source de courant SC1, et sa base commandée par le
signal de blocage HB complémentaire du signal d'échantillonnage HE.
Lorsque le signal de blocage HB est au niveau haut, non
seulement le transistor T2 est bloqué et tend à empécher le transistor T1 de
fonctionner en suiveur, mais le transistor T3 est rendu conducteur et tend à
3o tirer un courant depuis l'entrée E, ce qui abaisse le potentiel de base du
transistor T1 et bloque ce dernier. Les transistors T1 et T2 étant franchement
bloqués, il n'y a plus de chemin de courant qui tendrait à décharger la
tension Vs qui a été préalablement stockée sur la capacité C.
Le demi-échantillonneur de gauche sur la figure 1 (transistors T1,
3s T2, T3, source de courant SC1 et capacité de stockage C) applique donc à la
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capacité C une tension Vs=Vin-Vbe1 pendant la phase d'échantillonnage et
maintient cette tension pendant la phase de blocage. Le demi-
échantillonneur de droite est rigoureusement identique et les éléments
correspondants sont désignés par les mémes lettres et chiffres, avec le
symbole "prime" : transistors T1', T2', T3', capacité C', source de courant
SC1' (avec le méme courant 11 que la source SC1) ; les commandes
d'échantillonnage et blocage HE et HB commandent simultanément les deux
demi-échantillonneurs bloqueurs. La sortie S' est portée à une tension
Vs' = Vin'-Vbe1'.
La tension différentielle de sortie Vs-Vs' est égale à Vin-Vin', les
tensions base-émetteur Vbe1 et Vbe1' des transistors T1 et T1' s'annulant
car elles sont identiques du fait que les transistors sont identiques et
parcourus par le méme courant 11.
Toutefois, lorsqu'on cherche à augmenter les performances de
~5 l'échantillonneur bloqueur, et notamment lorsqu'on cherche à augmenter sa
cadence de fonctionnement et la vitesse de variation des signaux qu'on veut
échantillonner, on rencontre la limite suivante : la tension aux bornes de la
capacité C n'a pas toujours le temps de prendre la valeur Vin avant la fin de
la phase d'échantillonnage (fin de HE) lorsque le signal d'entrée varie assez
2o vite, c'est-à-dire lorsque la tension Vin(T) à échantillonner à un instant
donné
T est très différente de la tension Vin(T-1 ) échantillonnée à l'instant
d'échantillonnage précédent T-1 et aussi lorsque la tension Vint) varie assez
fortement en fonction du temps t pendant la phase d'échantillonnage elle-
méme.
25 Supposons que, lors du fonctionnement en différentiel, la tension
d'entrée différentielle varie fortement, Vin augmentant et Vin' diminuant en
conséquence.
La tension Vin(T) est supérieure à la tension Vin(T-1 ) de l'instant
d'échantillonnage précédent ; le transistor T1 voit Vin(T) sur sa base et
3o Vin(T-1 )-Vbe1 sur son émetteur ; sa tension base-émetteur est polarisée de
manière à le rendre bien conducteur et son émetteur va étre parcouru non
seulement par le courant 11 de la source SC1 mais aussi par un courant
suffisant pour charger rapidement la capacité C à la nouvelle tension
échantillonée Vin(T)-Vbe1 ; dès que la capacité C est chargée à cette
35 tension, elle n'a plus besoin de courant de charge et le transistor T1
reste
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parcouru par le courant 11 seulement, sa tension émetteur-base est alors
égale à la mëme valeur Vbe1 correspondant à ce courant 11 ; la charge de la
capacité C peut ëtre rapide si le transistor T1 est capable de fournir un
courant assez élevé ; la taille de T1 est choisie en conséquence ; cependant,
si pendant la phase d'échantillonnage et jusqu'à la fin de celle-ci la tension
Vint) continue à augmenter, le transistor T1 continue à fournir un courant de
charge de la capacité ; son courant est supérieur à 11, sa tension base
émetteur sera Vbe1+dVbe1, légèrement supérieure à la tension Vbe1
normale ; la tension échantillonnée est légèrement différente de celle qui est
~o souhaitée ;
Mais, dans l'autre demi-échantillonneur, la situation peut ëtre plus
difficile.
La tension Vin'(T) est inférieure à la tension Vin'(T-1 ) de l'instant
d'échantillonnage précédent ; le transistor T1' voit Vin'(T) sur sa base et
Vin'(T-1 )-Vbe1 sur son émetteur ; cette tension base-émetteur trop faible,
réduit fortement la conduction du transistor T1'. La capacité C' peut se
décharger par le transistor T2' (conducteur) dans la source de courant
constant SC1' ; lorsque la capacité est déchargée jusqu'à une valeur proche
de la nouvelle valeur désirée Vin'(T)-Vbe1' le transistor T1' redevient
progressivement conducteur ; à la fin de la période d'échantillonnage, la
tension aux bornes de la capacité se stabilise à Vin(T)-Vbe1' où Vbe1' est la
tension normale base-émetteur du transistor T1' parcouru par 11. Dans le cas
général, il n'y a pas de problème, mais on voit que la capacité C' doit se
décharger d'autant plus que la nauvelle tension Vin(T) est plus différente de
la tension Vin(T-1 ) ; or elle ne peut se décharger qu'avec le courant 11 de
la
saurce SC1' quelle que soit la taille du transistor T1. La vitesse de décharge
dV/dt est donc limitée à 11IC'. Cette vitesse n'est pas forcément suffisante.
Et
la capacité C' peut se retrouver à la fin de la phase d'échantillonnage avec
une tension qui n'a pas eu le temps de descendre à sa valeur Vin(T)-Vbe1'.
3o On notera donc que lorsque la tension d'entrée descend, la
vitesse de décharge est limitée par la valeur de 11. Quand elle monte, la
vitesse de charge n'est limitée que par la capacité du transistor T1 (ou T1')
à
conduire un fort courant. La situation est donc dissymétrique.
De plus, il faut noter que si la capacité C' n'a pas eu le temps de
se décharger suffisamment, cela veut dire aussi que le transistor T1' est
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encore bloqué ou peu conducteur (en tous cas il ne conduit pas le courant 11
qu'il devrait conduire) ; par conséquent sa tension Vbe1' n'est pas du tout
égale à sa valeur nominale. II en résulte que lorsqu'on obtient par
soustraction une tension différentielle Vs-Vs' entre les deux capacités de
s stockage, les deux tensions base émetteur Vbe1 et Vbe1' ne s'éliminent pas
dans la soustraction, l'une étant égale à la tension normale correspondant au
passage d'un courant d'émetteur 11 ou peut-être légèrement supérieure, et
l'autre étant franchement inférieure.
Enfin, méme si l'écart entre Vin'(T) et Vin'(T-1 ) n'est pas
1o considérable, il peut arriver que la tension Vin'(t) varie assez rapidement
dans un sens décroissant vers la fin de la phase d'échantillonnage, et le
mëme phénomène se produit : méme si la capacité C' arrive à se décharger
à une vitesse suffisante pour suivre la variation de Vin', cette décharge
n'est
possible que grâce au fait que le transistor T1' conduit un faible courant,
plus
petit que 11, et la tension base-émetteur Vbe1' du transistor T1' est dans ce
cas notablement plus faible que la tension nominale correspondant au
passage d'un courant 11 dans le transistor. Là encore, lorsqu'on prend la
tension Vs-Vs' entre les capacités, les tensions base-émetteur Vbe1 et Vbe1'
des transistors T1 et T1' ne sont pas identiques et ne s'éliminent pas,
2o induisant une erreur d'échantillonnage. La tension difFérentielle
échantillonnée ne représente plus Vin-Vin'.
L'invention a pour but d'essayer de corriger cette erreur
d'échantillonnage en minimisant les erreurs de tension base-émetteur de T1
et T'1. On comprendra qu'on pourrait augmenter le courant 11 pour réduire en
2s partie le risque d'erreur puisque la capacité peut alors se décharger
rapidement lorsque le signal d'entrée varie rapidement. Mais une
augmentation de 11 est préjudiciable car elle augmente la consommation
globale du circuit et la taille des transistors du circuit.
Le schéma de la figure 2 expose le principe de l'invention. A
3o chaque demi-échantillonneur qu'on appellera maintenant demi
échantillonneur principal, on associe un demi-échantillonneur auxiliaire qui
fonctionne en synchronisme avec les demi-échantillonneurs principaux
(mémes signaux d'horloge HE et HB). Le demi-échantillonneur bloqueur
auxiliaire associé à un demi-échantillonneur principal tire son courant
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d'alimentation de la sortie S ou S' de l'autre demi-échantillonneur principal
et
non pas de la borne d'alimentation Vcc.
Le demi-échantillonneurr auxiliaire associé au demi-
échantillonneur principal de gauche (T1, T2, T3, SC1, C) prend donc son
5 alimentation en courant sur la sortie S' du demi-échantillonneur principal
de
droite (T1', T2', T3', C', SC1').
Ce demi-échantillonneur auxiliaire est constitué comme le demi-
échantillonneur principal auquel il est associé ; il comprend un transistor
suiveur auxiliaire T1a, une capacité de stockage auxiliaire Ca, un
commutateur auxiliaire constitué par deux transistors T2a et T3a, et une
saurce de courant auxiliaire SC1a. La tension d'entrée qui est appliquée à ce
'
demi-échantillonneur auxiliaire est la tension Vin mais diminuée d'une
tension fixe pour des raisons de polarisation du transistor suiveur auxiliaire
T1a, car celui-ci n'est pas alimenté par la tension Vcc mais par une tension
plus faible, variable, prélevée sur la sortie S'. Dans l'exemple représenté à
la
figure 2, le décalage fixe de tension entre la tension Vin appliquëe à
l'entrée
E et la tension w appliquée à la base du transistor suiveur T1a est égal à
environ 1,5 volts et est défini par la somme de deux tensions base-émetteur
Vbe4 et Vbe5 de transistors T4 et T5 parcourus par le courant fixe d'une
source de courant SC2. Le transistor T4 est un transistor suiveur ayant sa
base reliée à l'entrée E et recevant Vin sur cette base ; son collecteur est
relié à l'alimentation Vcc, et son émetteur est relié en série avec le
transistor
T5, lequel est monté en diode (collecteur et base réunis et reliés à
l'émetteur
de T4). L'ensemble en série des transistors T4 et T5 est relié à la source de
courant SC2. La tension sur l'émetteur de T5 est égale à Vin-Vbe4-Vbe5 et
est appliquée à la base du transistor suiveur auxiliaire T1a ; Vbe4 et Vbe5
sont fixes et 1â base du transistor T1a suit donc intégralement les variations
temporelles de Vin.
La capacité de stockage auxiliaire Ca est reliée d'un côté à
l'émetteur du transistor suiveur auxiliaire T1 a, de l'autre côté à la masse.
Le collecteur de T1 a est relié à la sortie S' et donc à la capacité de
stockage C'. Le courant consommé par le transistor T1a est donc prélevé sur
cette sortie S' et vient de l'émetteur du transistor T'1 ou éventuellement de
la
capacité C' lorsque celle-ci se décharge.
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Pour le reste, le demi-échantillonneur bloqueur auxiliaire
comprend le commutateur constitué par les transistors T2a et T3a, l'un ayant
sa base commandée par le signal d'échantillonnage HE et l'autre ayant sa
base commandée par .le signal de blocage HB. Les émetteurs de ces deux
transistors sont reliés à une source de courant constant SCIa (courant 11a) ;
le collecteur de T2a est relié à l'émetteur du transistor suiveur T1a pour
autoriser le passage de courant dans l'émetteur de T1 a vers la source SC1 a
pendant la phase d'échantillonnage et l'interdire pendant la phase de
blocage. Le collecteur du transistor T3a est relié à l'entrée E pour abaisser
le
potentiel de cette entrée pendant les phases de blocage et ainsi bloquer la
conduction des transistors T4, T5 et T1 a et isoler la capacité Ca pendant les
phases de blocage.
Le demi-échantillonneur auxiliaire associé au demi
échantilllonneur principal de droite est rigoureusement symétrique et
~5 comprend le transistor suiveur T1a', la capacité Ca', le commutateur T2a',
T3a', SC1 a'. Les transistors et sources de courant des demi-échantillonneurs
bloqueurs de droite sont rigoureusement identiques à tceux des demi-
échantillonneurs de gauche.
Le circuit fonctionne de la manière suivante : tout d'abord, on
20 suppose que la tension d'entrée Vin-Vin' est peu variable, c'est-à-dire que
les
potentiels Vin et Vin' n'évoluent pas de manière rapide pendant la phase
d'échantillonnage ou entre deux phases d'échantillonnage. On verra ensuite
ce qui se passe lorsque ces potentiels évoluent rapidement.
On désignera par Vbe1, Vbe4, VbeS, Vbe1 a, Vbe1', etc. les
25 tensions base-émetteur des transistors T1, T4, T5, T1 a, T1', etc.
respectivement.
Lorsque les potentiels Vin et Vin' évoluent lentement, les
capacités C et Ca se chargent respectivement au potentiel Vin-Vbe1 et Vin-
Vbe4-VbeS-Vbe1a ; les capacités C' et C'a se chargent respectivement au
3o potentiel Vin'-Vbe'1 et Vin'-Vbe4'-VbeS'-Vbe1a'. Toutes les tensions base-
émetteur sont des tensions normales de transistors conducteurs parcourus
par les courants présents en régime statique dans les transistors. En ce qui
concerne les transistors T4, T5, T4', T5', les courants nominaux sont ceux
des sources SC2, SC2' ; en ce qui concerne T1 a et T1 a' c'est le courant 11 a
35 des sources SC1a, SC1a' ; mais attention, en ce qui concerne les
transistors
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T1 et T1', le courant nominal est la somme 11a+11 car lorsque la tension dans
les capacités C, C', Ca, Ca' est stabilisée, le transistor T1 conduit un
courant
continu 11 vers le transistor T2 et la source SC1 et un courant continu 11 a
vers le demi-échantillonneur bloqueur de droite connecté à la sortie S, et
plus
s précisément vers le transistor T1 a', le transistor T2a et la source SC1 a.
La tension difFérentielle entre les sorties S et S' après soustraction
des tensions base-émetteur identiques des deux moitiés du circuit est bien
Vin-Vin'. II en est de méme de la tension différentielle entre les capacités
Ca
et Ca'.
En présence d'une tension différentielle ayant varié fortement
entre deux instants d'échantillonnage T-1 et T, on suppose par exemple que
Vin a fortement augmenté et Vin' a fortement diminué. On verra ensuite ce
qui se passe si les tensions continuent à augmenter et diminuer pendant la
phase d'échantillonnage elle-méme.
15 La tension Vin(T)-[(Vin(T-1 )-Vbe1] appliquée entre base et
émetteur de T1 est supérieure à un Vbe1 normal et rend T1 fortement
conducteur et apte à charger la capacité C jusqu'à ce qu'elle prenne une
tension Vin(T)-Vbe1 où Vbe1 est en principe la valeur nominale pour un
courant 11+11a dans le transistor T1. Mais de plus, comme la tension
2o initialement chargée dans la capacité auxiliaire Ca était [Vin(T-1 )-Vbe4-
VbeS-
Vbe1a] (tous ces Vbe étant en principe nominaux) la tension appliquée entre
base et émetteur de T1 a devient [Vin(T)-Vbe4-Vbe5]-[Vin(T-1 )-Vbe4-VbeS-
Vbe1a]. Cette tension est supérieure à la tension nominale Vbe1a et rend
T1a fortement conducteur. T1a se met à conduire un courant 11a+dl1a
25 supérieur à 11 a. Ce courant 11 a+dl1 a est prélevé sur la sortie S' du
demi-
échantillonneur de droite ; la fraction d11 a va charger la capacité jusqu'à
ce
que la tension aux bornes de la capacité Ca atteigne une valeur [Vin(T)-
Vbe4-VbeS-Vbe1a]. Alors, le courant dans le transistor T1a se stabilise à la
valeur 11a et il n'y a plus de courant de charge dans la capacitë Ca jusqu'à
la
3o fin de la phase d'échantillonnage. Le courant 11 a, extrait en continu de
la
sortie S', provient de l'émetteur du transistor T1'.
Comme dans le méme temps la tension Vin' appliquée à
l'échantillonneur de droite a diminué fortement de Vin'(T-1 ) à Vin'(T), la
capacité C' se décharge dans le transistor T2' avec un courant de décharge
35 qui peut aller jusqu'à 11, mais aussi elle se décharge vers le transistor
CA 02536220 2006-02-17
WO 2005/038816 PCT/EP2004/052551
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auxiliaire T1 a qui appelle un courant 11 a+dl1 a. La vitesse de décharge de
la
capacité C' peut correspondre à un courant de décharge important
11+11a+dl1a, dl1a n'étant limité que par l'aptitude du transistor T1a à
conduire un courant élevé.
Si on souhaite garder la même consommation globale que dans
l'échantillonneur bloqueur de la figure 1, il faut en pratique que 11+11a dans
la figure 2 soit égal au courant de la source SC1 de la figure 1, ce qui veut
dire en simplifiant qu'on peut par exemple prendre 11a de même valeur que
11, cette valeur étant la moitié de la valeur de la source SC1 de la figure 1.
1o Mais la présence du terme dl1a (qui peut représenter un courant important)
fait que la capacité C' se déchargera nettement plus vite dans le cas de la
figure 2 que dans le cas de la figure 1.
Puisque C' se décharge vite, la différence de potentiel entre base
et émetteur de T1' peut plus rapidement reprendre une valeur nominale
Vbe1' ; à la fin, la capacité C' cesse de se décharger ; la tension Vs' prend
la
valeur souhaitée Vin'-Vbe1' ; le courant dans T1' devient la somme du
courant 11 qui circule dans T'2 et du courant 11 a qui circule de la sortie S'
vers le transistor T1 a.
Pour que les vitesses d'évolution de tensions aux bornes de Ca et
2o de C soient identiques ou presque identiques, on a trouvé qu'il était
souhaitable que la capacité Ca ait une valeur deux fois plus faible que la
capacité C.
Ca=CI2
Dans ce qui précède, on a supposé que la=11 ; cependant ce n'est
pas obligatoire et il est préférable que 11 a = k11, avec k supérieur à 1.
Dans une variante de réalisation représentée à la figure 3, on
envisage même la possibilité que le courant 11 soit nul et que seul un courant
11a soit utilisé (k étant en quelque sorte infini). On supprime alors purement
et simplement le commutateur principal des demi-chantillonneurs bloqueurs
3o principaux, c'est-à-dire qu'on supprime les transistors T2, T3, T'2, T'3,
et les
sources de courant SC1 et SC'1. Les transistors des commutateurs de
courant auxiliaires (transistors T2a, T3a, T'2a, T'3a et sources de courant
SC1a et SC'1a) sont connectés de telle manière qu'ils assurent de fait non
seulement la commutation de courant dans les transistors T1a et T'1a mais
s5 aussi la commutation de courant dans les transistors T1 et T'1. Ils font
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WO 2005/038816 PCT/EP2004/052551
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fonctionner les transistors T1 et T'1 en suiveurs pendant les phases
d'échantillonnage et les bloquent pendant les phases de blocage.
La valeur préférée de la capacité auxiliaire Ca ou C'a est là encore
la moitié de la capacité principale C ou C'.
Les schémas des figures 2 et 3 sont des schémas simplifiés et
peuvent étre améliorés de différentes manières. Notamment, on prévoira de
préférence les éléments supplémentaires suivants
- un amplificateur de sortie de gain unitaire, semblable à
l'amplificateur AMP, en aval de la sortie S, et un autre en aval de la sortie
S' ;
- un transistor de maintien d'un niveau de potentiel de blocage du
transistor T1 pendant la phase de blocage ; ce transistor de maintien (ou
"clamp") a son collecteur relié à Vcc, sa base reliée à l'amplificateur de
a sortie, et son émetteur relié à la base de T1. II fixe le potentiel de base
de T1
à un niveau inférieur au potentiel d'émettteur pendant la phase de blocage.
~5 La mëme chose est bien sûr prévue pour le maintien du blocage du transistor
T1'.
