FR2555377A1

FR2555377A1 - Circuit electronique utilisable dans les dispositifs a circuit integre contenant des filtres a condensateurs commutes

Info

Publication number: FR2555377A1
Application number: FR8413337A
Authority: FR
Inventors: Masashi Tamakoshi; Toshiro Suzuki; Hiroshi Takatori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1984-08-29
Publication date: 1985-05-24
Also published as: IT8423632A1; KR930007299B1; GB8421200D0; US4835482A; US4769612A; DE3441476A1; IT1177241B; DE3441476C2; JPS60109321A; JPH0793553B2; GB2149990A; KR850004359A; IT8423632A0

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CIRCUIT INTEGRE A SEMI-CONDUCTEURS. CE CIRCUIT COMPREND UN CIRCUIT D'ENTREE 2 AVEC UN PREMIER NOEUD RECEVANT DES SIGNAUX D'ENTREE ET UN SECOND NOEUD RECEVANT DES SIGNAUX DEVANT ETRE ENVOYES A UNE BORNE D'ENTREE 3 D'UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL OP, UN PREMIER ET UN SECOND CONDENSATEURS COMMUTES DU TYPE A INVERSION SC, SC BRANCHES EN PARALLELE ENTRE LESDITS NOEUDS, ET DES CONDENSATEURS COMMUTES DU TYPE SANS INVERSION SC, SC ACCORDES ENTRE LESDITS NOEUDS. APPLICATION NOTAMMENT A DES CIRCUITS DE FILTRES ACTIFS A SEMI-CONDUCTEURS.

Description

La présente invention concerne la technique

des circuits intégrés à semiconducteurs. De façon plus spéci-

fique la présente invention concerne une technique qui peut être efficacement adaptée à la structure d'un filtre actif, comme par exemple la structure d'un filtre à condensateurs

commutés, c'est-à-dire à condensateurs associés à des commuta-

teurs, dans un circuit intégré à semiconducteurs,, qui contient

un circuit de filtrage.

Les filtres utilisés pour les lignes de transmission ont été développés à partir de filtres LC, en utilisant des éléments individuels pour réaliser des filtres

actifs RC utilisant un amplificateur opérationnel. Ces derniè-

res années, on a utilisé des filtres à condensateurs commutés,

dans lesquels un élément formant résistance situé dans le fil-

tre actif a été remplacé par un commutateur et un condensateur.

Lorsque l'on doit concevoir et réaliser un filtre actif possédant des caractéristiques de fréquences désirées, on trouve tout d'abord une fonction de transfert qui

satisfait aux caractéristiques désirées du filtre, cette fonc-

tion de transfert étant décomposée en une expression ration-

nelle primaire ou en une expression rationnelle secondaire, on conçoit un bloc de base qui réalise les caractéristiques pour l'expression rationnelle et on raccorde en cascade les

blocs de base.

Lors de la conception et de la réalisation du filtre à condensateurs commutés, on utilise une fonction Z

servant à exprimer la fonction de transfert, au lieu d'utili-

ser une fonction S soumise à une transformation de Laplace.

La relation entre la fonction Z et la fonction S est représen-

tée par Z = eST (e = base des logarithmesnaturels, T: période d'échantillonnage). Si l'on remplace S par jo(W0: vitesse angulaire), pour exprimer cette relation sous la forme d'un nombre complexe, la relation est représentée par Z = ej>t Comme filtres à condensateurs commutés primaires, qui fournissent les caractéristiques données par

une fonction de transfert H(Z) = (C + DZ1)/(A + BZ) repré-

sentée par la fonction Z, il a déjà été proposé des circuits

tels que représentés sur les figures 1 et 2 annexées à la pré-

sente demande (IEEE, Solid-state circuits, Vol. SC-14, n 6, Décembre 1979, pp. 1020-1033, MOS Switched-Capacitor Analog Sampled Data Direct Form Recursive Filters, Ian. A. Young; ISCAS,1980, General Active Switched-Capacitor Biquad Topology

For Precision MOS Filters, K.R. Laker, pp. 304-308).

Mais, dans la forme de circuit représentée sur la figure 1, si les condensateurs individuels sont désignés par C0, C1, C2 et C5, l'équation du transfert de charges à un instant (nT), auquel les commutateurs individuels sont placés dans les conditions représentées sur la figure 1, est fournie par: - [IV1 (nT) - V1 (n - 1) T c1 V1 (nT) C2] + V2 (n + 1) T C0 = (C5 + C0) À V2 (nT)....... (1) Si l'on soumet l'équation du transfert de charges à la conversion Z de manière à trouver la fonction de

transfert H(Z), on obtient l'équation suivante (2), c'est-à-

dire: H(Z) = v2/v1 = (C1 + C2) - c Z} %(C5 + Co) - C0 z-1}....... (2)

C'est pourquoi on comprendra que les coef-

- ficents A à D dans l'équation générale H(Z) = (C + DZ 1) / -1- (A + BZ 1) de la fonction de transfert du filtre primaire sont

fournis par A = C5 + C0, B = -C0, C = C1 + C2, D = -C1.

C'est pourquoi, dans la forme de circuit de la figure 1, lorsque l'on souhaite réaliser un filtre qui possède des caractéristiques ayant ce qu'on appelle un point

d'annulation placé très bas (fréquence à laquelle le numéra-

teur de la fonction de transfert devient nul), il est néces-

saire de donner à C/D, c'est-à-dire (C1 + C2)/C1, approxima-

tivement la valeur de "1". Ici, le fait de rendre (C1 + C2) / C1 proche de "1" signifie que la capacité C2 doit être réduite 3 C1 dot2r éut de manière à être très inférieure à la capacité C1. Mais dans les circuits intégrés à semiconducteurs, une limitation est imposée à la réduction de la surface du condensateur, comme cela est déterminé par une dimension minimum pouvant être traitée lors du procédé de fabrication. C'est pourquoi, pour donner à (C1 + C2) / C1 une valeur proche de "1", il faut accroître la capacité C1 de manière qu'elle soit très

supérieure à la capacité C2.

C'est pourquoi dans le circuit utilisant

un filtre de la forme représentée sur la figure 1, le conden-

sateur C1 occupe une surface accrue et la taille de la micro-

plaquette ou puce augmente. En outre la capacité de charges augmente pour l'amplificateur opérationnel qui forme le signal

d'entrée V1 dans l'étage précédent, qui n'est pas représenté.

C'est pourquoi l'amplificateur opérationnel OP1 fonctionne à une vitesse réduite et consomme une quantité accrue d'énergie électrique. Si l'on réduit le rapport de la capacité

C1 à la capacité C2 afin de réduire la surface, les caractéris-

tiques de fréquence du filtre se détériorent et la précision diminue. Dans le cas du circuit de la figure 2,

annexée à la présente demande, les commutateurs S31, S32 ac-

couplés au condensateur C3 fonctionnent avec un cadencement

présentant un décalage d'une demi-période par rapport au fonc-

tionnement du commutateur S41, S42 accouplé au condensateur C4, comme représenté sur la figure 3 annexée à la présente

demande. C'est pourquoi des données antérieures d'une demi-

période sont stockées dans le condensateur C4.

Par conséquent, dans la forme de circuit

de la figure 2, on a l'équation de transfert de charges sui-

vante (3): - [V1 (nT) - C3 -V1 (n - 1/2)T - C4 J + V2 J(n - 1) T C0 = V2 (nT) (C0 + C5)......... (3)

Si l'on soumet l'équation (3) à la conver-

sion Z pour trouver une fonction de transfert H(Z), on obtient l'équation (4) suivante: 1

H(Z) = (C3 -C4 Z 2) / (C0 + C5) - C0Z. (4)

dans laquelle Z1 et Z 2 désignent des opérateurs qui repré- sentent mathématiquement des données (quantités de signaux

analogiques) antérieures d'une période et d'une demi-période.

Dans l'équation (3), si l'on suppose que V1 1(n - 1/2)TI = V1 t(n - 1)T}, on obtient une équation (5) ayant la forme primaire/primaire,- c'est-àdire ayant la forme:

H(Z) = -(C3 - C4 Z-1) / (C0 + C5) -C0 Z1}..... (5)

Si l'on essaie de réaliser un filtre possé-

dant la forme de circuit représentée sur la figure 2 et les caractéristiques avec un point d'annulation à une faible valeur

comme décrit ci-dessus, il faut donner à C3/C4 une valeur pro-

che de "1" comme on le comprendra d'après l'équation (5). Ceci peut être réalisé aisément, c'est-à-dire qu'il faut que l'on réalise C3 = C4. Contrairement à la forme de circuit de la figure 1, le rapport des capacités ne prend pas une valeur importante et la taille de la microplaquette ou puce n'augmente

pas non plus.

Ici l'hypothèse mentionnée précédemment V1 i (n - 1/2)T = V1 1(n - 1)Tî a comme signification le fait

que les données antérieures d'une période doivent être iden-

tiques aux données antérieures d'une demi-période. Avec la forme de circuit de la figure 2, l'exigence indiquée ci-dessus n'est pas satisfaite. Pour satisfaire à l'hypothèse indiquée

ci-dessus il est par conséquent nécessaire de prévoir un cir-

cuit de maintien d'échantillons dans un étage précédant le

circuit de la figure 2, afin de maintenir les données anté-

rieures d'une période jusqu'au moment d'une demi-période an-

térieure.

Cependant le circuit de maintien d'échantil-

lons est constitué en utilisant par exemple un condensateur commuté et un amplificateur opérationnel. Cela signifie que le substrat constituant un circuit intégré à semiconducteurs

requiert une surface supplémentaire pour le circuit de main-

tient d'échantillons, ce qui entraîne un accroissement de la consommation en énergie. Par exemple, lorsque l'on doit réa- iiser un filtre tertiaire en utilisant le circuit de la figure 2, la surface occupée par le circuit de maintien d'échantillons et la consommation en énergie de ce circuit prennent une valeur

aussi élevée qu'environ un cinquième des valeurs totales.

Le but de la présente invention est de

fournir une technique relative aux circuits intégrés à semi-

conducteurs, qui permette d'obtenir les effets distincts par

rapport à la technique classique.

Un autre but de la présente invention con-

siste à fournir un filtre à condensateurs commutés qui occupe une surface réduite, lorsqu'il est adapté à un circuit intégré

à emiconducteurs, permettant de réduire la taille de la micro-

plaquette ainsi que la consommation d'énergie électrique.

Un autre but de la présente invention con-

siste à fournir un filtre à condensateurs commutés qui se caractérise par de bonnes caractéristiques de fréquences et

une précision élevée.

Les buts mentionnés précédemment ainsi que d'autres buts et de nouvelles caractéristiques de la présente

invention ressortiront à l'évidence de la description donnée

ci-après et des dessins annexés.

Un exemple représentatif de la présente

invention, qui va être décrit dans la description qui va sui-

vre, va être résumé ci-dessous.

En effet, dans un filtre à condensateurs

commutés réalisé sous la forme d'un circuit intégré à semi-

conducteurs, un circuit d'entrée est,constitué par deux con-

densateurs commutés du type à inversion et par un condensateur

commuté du type sans inversion, qui sont branchés en parallèle.

Ici au moins les condensateurs commutes du type à inversion sont actionnés par des impulsions d'horloge d'échantillonnage d'une période double. Ceci rend possible de maintenir les données antérieures d'une période dans le circuit d'entrée

sans utiliser un circuit de maintien d'échantillons. Les don-

nées ainsi maintenues sont transférées à un condensateur de réaction, en même temps que les données qui sont retardées d'une période. Par conséquent il est possible d'obtenir un

filtre de base primaire qui permet l'obtention des caractéris-

tiques de filtre possédant un point d'annulation de faible valeur, sans qu'il soit nécessaire d'accroître le rapport des

capacités dans le circuit d'entrée. Conformément à cette struc-

ture, il est possible d'atteindre les objectifs mentionnés plus haut, c'est-à-dire que l'on peut réduire la taille de la

microplaquette ainsi que la consommation en énergie électrique.

De façon plus précise selon un premier as-

pect de l'invention, il est prévu un circuit intégré à semi-

conducteurs caractérisé en ce qu'il comporte un premier noeud qui reçoit les signaux d'entrée, un second noeud qui reçoit les signaux qui doivent être envoyés à une borne d'entrée

d'un amplificateur opérationnel, un premier condensateur com-

muté du type à inversion et un second condensateur commuté du type à inversion, qui sont branches en parallèle entre ledit

premier noeud et ledit second noeud, et un premier condensa-

teur commuté du type sans inversion, branché entre ledit pre-

mier noeud et ledit second noeud.

Selon un second aspect de l'invention, il est prévu un circuit intégré à semiconducteurs caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'entrée qui est constitué par

une pluralité de condensateurs commutés qui sont branchés ré-

ciproquement en parallèle, un amplificateur opérationnel ac-

couplé audit circuit d'entrée et un filtre à condensateurs

commutés,qui est constitué par un élément de réaction accou-

plé à la borne d'entrée/sortie dudit amplificateur opération-

nel, au moins deux condensateurs commutés situés dans ledit

circuit d'entrée étant constitués par des condensateurs commu-

tés du type à inversion, dont les cadencements de fonctionne-

ment à l'enregistrement et les cadencements de fonctionnement

à la lecture diffèrent les uns des autres.

D'autres caractéristiques et avantages de

la présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels

- la figure 1, dont il a déjà été fait men-

tion, est le schéma d'un circuit montrant la structure d'un filtre primaire classique;

- la figure 2, dont il a déjà été fait men-

tion, représente un schéma montrant la structure d'un autre filtre primaire classique;

- la figure 3, dont il a déjà été fait men-

tion, représente un chronogramme illustrant les instants et cadencements des commutateurs situés dans les condensateurs commutés présents dans le circuit de filtre de la figure 2; - la figure 4 représente un circuit d'une

première forme de réalisation, dans laquelle la présente in-

vention est adaptée à un filtre primaire; - la figure 5 est un chronogramme illustrant

les instants ou cadencements de fonctionnement des condensa-

teurs commutes; - la figure 6 est un schéma d'une seconde forme de réalisation, dans laquelle la présente invention est adaptée au filtre primaire; - la figure 7 est un chronogramme illustrant les instants ou cadencements de fonctionnement des commutateurs situés dans les condensateurs commutés; et - la figure 8 est un schéma d'une forme de réalisation, dans laquelle la présente invention est adaptée

à un circuit de filtre tertiaire.

On va décrire ci-après les formes de réali-

sation préférées de l'invention.

Première forme de réalisation La figure 4 montre une forme de réalisation d'un filtre primaire/primaire, auquel la présente invention

est adaptée.

Le circuit de cette forme de réalisation

et d'autres formes de réalisation, qui seront décrites ulté-

rieurement, est formé sur un substrat à semiconducteurs au moyen de la technique de fabrication des circuits intégrés CMOS.

Dans la description qui va suivre, le voca-

ble "condensateur commuté" représente un circuit unitaire qui

est constitué par un condensateur et des commutateurs accou-

plés entre eux, ou bien un circuit constitué par une combinai-

son d'une pluralité de tels circuits unitaires.

Dans la présente forme de réalisation, un circuit d'entrée 2 constitué par deux condensateurs commutés du type sans inversion SC6, SC8 et deux condensateurs commutés

du type à inversion SC7, SC9 branchés en parallèle, et raccor-

dés entre une borne d'entrée 1 et une borne d'entrée inversée

3 d'un amplificateur opérationnel OP3.

Ici le condensateur commuté du type à inver-

sion est un condensateur dans lequel une charge électrique possédant une valeur absolue égale à celle chargée dans le condensateur, mais possédant une polarité (+ ou -) opposée à celle chargée dans ledit condensateur, est transférée à un condensateur de réaction C0 de l'étage suivant. Le condensateur commuté du type sans inversion est un condensateur dans lequel

la charge électrique stockée dans le condensateur est directe-

ment transférée au condensateur de réaction C0. Les condensa-

teurs C6, C8 situés dans les condensateurs commutés SC6, SC8 possèdent la même capacité l'un par rapport à l'autre et les condensateurs C7, C9 possèdent également la même capacité l'un

par rapport à l'autre.

Sur la figure 4, les commutateurs S51 à S92 sont repérés par un symbole de commutateurs inverseurs afin de simplifier le dessin. Dans la pratique ces commutateurs sont constitués par des transistors MOSFET formés au moyen de

la technique des circuits intégrés. Dans ce cas, les commuta-

teurs unipolaires unitaires sont constitués par les transistors MOSFET individuels. C'est pourquoi les commutateurs représentés

sur la figure 4 sont constitués par une pluralité de transis-

tors MOSFET. Comme cela sera mentionné ultérieurement, parmi les commutateurs S51 à S92' les commutateurs S51 à S62, S81 et S82 situés dans les condensateurs commutés du type sans

inversion SC5, SC6 et SC8, peuvent posséder un état de commu-

tation analogue à celui du commutateur à encliquetage brusque.

Au contraire, les commutateurs S71, S72, S91 et S92 situés dans les condensateurs commutés du type à

inversion SC7 et SC9, peuvent établir un état ouvert, c'est-à-

dire un état dans lequel l'une des trois bornes établit une

conduction électrique.

Dans la description qui va suivre, les états

ou conditions de commutation des commutateurs sont designés

comme cela est mentionné ci-après à des fins de commodité.

L'état, dans lequel les commutateurs sont tels que représentés sur la figure 4, est désigné comme étant un premier état de commutation et l'état, dans lequel les commutateurs sont en position inverse par rapport à l'état de

la figure 4, est désigné comme étant le second état de commu-

tation. L'état ouvert des commutateurs S71, S72, S91 ou S92

est désigné comme étant l'état ouvert.

L'amplificateur opérationnel OP3 de la fi-

gure 4 est constitué par un circuit amplificateur différentiel qui possède une borne d'entrée inversée - et une borne d'entrée non inversée + . Dans le cas o l'amplificateur opérationnel est constitué par un circuit amplificateur différentiel, on peut considérer que la borne d'entrée inversée et la borne

d'entrée non inversée sont dans l'état imaginaire court-cir-

cuité, et on peut comprendre aisément le fonctionnement de

l'ensemble du circuit. Cependant le terme "amplificateur opé-

rationnel" ne représente pas exclusivement un circuit amplifi-

cateur comportant une paire de bornes d'entrée, tel qu'un circuit amplificateur différentiel. Si cela est nécessaire, l'amplificateur opérationnel OP3 représenté sur la figure 4 peut être constitué par un circuit inverseur possédant une borne de sortie et une borne d'entrée, qui peut être considé-

rée comme une borne d'entrée inversée, ou bien cet amplifica-

teur peut être constitué par une pluralité de circuits inver-

seurs qui sont branchés en cascades. Dans ce cas, dans le but d'avoir une compréhension aisée du fonctionnement du circuit, on peut considérer que le circuit inverseur possède une borne

d'entrée ainsi qu'une borne d'entrée non inversée imaginaire.

En se référant à un condensateur commuté du type sans inversion, par exemple un condensateur commuté

du type sans inversion SC6 de la figure 4, une charge électri-

que proportionnelle à un signal d'entrée V1 est enregistrée ou stockée dans le condensateur C6 lorsque les commutateurs S61, S62 établissent le second état de commutation. Dans le

condensateur commuté du type sans inversion, la charge élec-

trique stockée dans le condensateur est directement transférée à une borne de sortie. C'est pourquoi, dans le condensateur commuté du type sans inversion, l'enregistrement ou le stockage

d'un signal et la lecture de ce dernier sont effectués simul-

tanément. En se référant à un condensateur commuté du type à inversion, par exemple le condensateur commuté SC7, d'autre part, une charge électrique proportionnelle au signal d'entrée V1 est stockée ou enregistrée dans le condensateur C7 lorsque les commutateurs S71, S72 établissent le premier

état de commutation comme représenté sur la figure 4. La char-

ge électrique du condensateur C7 est envoyée à une borne d'en-

trée inversée de l'amplificateur opérationnel OP3, lorsque

les commutateurs S71' S72 établissent le second état de com-

mutation. C'est pourquoi, dans le condensateur commuté du type à inversion, l'enregistrement d'un signal et la lecture de ce

signal sont effectués indépendamment l'un de l'autre.

Les figures 5A à 5E sont des chronogrammes de fonctionnement des commutateurs. Les lignes en trait plein

sur les figures 5A à 5E représentent les cadencements d'enre-

gistrement des condensateurs commutés. Les lignes formées de tirets sur les figures 5C à 5E représentent les cadencements

de lecture des condensateurs commutés du type à inversion.

Dans le filtre primaire/primaire de cette forme de réalisation, comme cela ressortira à l'évidence des chronogrammes des figures 5A à 5E, si les commutateurs S51, S52 du condensateur commuté de réaction SC5 sont actionnés par des impulsions d'horloge d'échantillonnage d'une période de référence TO, alors les commutateurs S61, S62 à S91, S92 des condensateurs commutés SC6 et SC9 constituant le circuit

d'entrée 2 sont commandés par des impulsions d'horloge d'échan-

tillonnage d'une période 2T0, qui est égale au double de la

période de référence TO.

Les commutateurs S61, S62 et S81, S82, et les commutateurs S71, S72 et S91, S92 sont actionnés par les impulsions d'horloge d'échantillonnage qui diffèrent d'une période les unes par rapport aux autres, comme cela ressortira à l'évidence de la comparaison des figures 5B à 5E. En outre dans ce cas les commutateurs S71, S72 et les commutateurs S81' S82 sont actionnés à la même cadence et les commutateurs S61,

S62 et S91, S92 sont actionnés à la même cadence.

C'est pourquoi la charge électrique propor-

tionnelle au signal d'entrée V1 est envoyée auxcondensateurs

C6 à C9 du circuit d'entrée 2, selon les cadencements repré-

sentés sur la figure 5. C'est-à-dire que le condensateur C6 est branché entre la borne d'entrée V1 et la borne d'entrée

inversée de l'amplificateur opérationnel OP3 lorsque les com-

mutateurs S61, S62 prennent le second état de commutation à

un instant t2. C'est pourquoi la charge électrique proportion-

nelle au signal d'entrée V1 est envoyée au condensateur C6.

La charge électrique mémorisée dans le condensateur C6 est

transférée au condensateur de réaction C0, selon le même ca-

dencement. Lorsque les commutateurs S61, S62 prennent le pre-

mier état de commutation à un instant t3, la charge électrique stockée dans le condensateur C3 est déchargée (ramenée à zéro)

par l'intermédiaire des commutateurs S61, S62.

Le condensateur C8 est chargé et est déchar-

gé conformément au chronogramme de la figure 5D.

Le condensateur C7 est branché entre la borne d'entrée V1 et le point de masse du circuit lorsque les commutateurs S71 et S72 prennent le premier état de commutation

à un instant t0. C'est pourquoi la charge électrique propor-

tionnelle au signal d'entrée V1 est envoyée au condensateur C7.

Les commutateurs S71 et S72 sont ouverts pendant un intervalle-

de temps compris entre l'instant t et l'instant t2. Les commu-

tateurs S71, S72 prennent en outre le second état de commuta-

tion à l'instant t2. C'est pourquoi la charge électrique, qui

a été stockée ou enregistrée dans le condensateur C7 précédem-

ment, est transférée dans le condensateur de réaction C8. En effet la charge électrique stockée dans le condensateur C7 est transférée au condensateur de réaction C0 selon un cadencement retardé d'une période d'impulsions d'horloge par rapport au

cadencement servant à l'enregistrement.

De façon similaire la charge électrique stockée dans le condensateur C9 à l'instant t9 est transférée dans le condensateur de réaction C0 à un instant t4, qui est

retardé d'une période par rapport à l'instant t2.

Dans le circuit de cette forme de réalisa-

tion, un couple de condensateurs commutés SC6 et SC7 et un

* autre couple de condensateurs commutés SC8 et SC9 sont action-

nés en alternance toutes les deux périodes de manière à pro-

duire la même fonction que celles-du circuit de filtrage de la figure 2, dans lequel il est prévu un circuit de maintien d'échantillons situé dans un étage antérieur afin de maintenir les données antérieures d'une période pendant une demi-période, et le condensateur commuté SC4 est actionné en étant décalé

d'une demi-période par rapport au condensateur commuté C3.

L'équation du transfert de charges aux instants nT et (n + 1)T du circuit de filtre de la figure 4 est indiquée ci-après: -V1 (n) C8 + V1 (n-1) C9 + V2 (n-1) C0 = V2(n) (C5 + CO).......(6) -V1 (n+1) - C6 + V1 (n) C7 + V2(n) C0 = V2 (n+1) ' (C5 + C0).......(7) Dans cette forme de réalisation, bien qu'il ne faille y voir aucune limitation particulière, la capacité C8 est choisie égale à la capacité C6 et la capacité C9 est choisie égale à la capacité C9. C'est pourquoi les équations de transfert de charges (6) et (7) deviennent identiques aux instants nT et (n+1)T. En effet il faut résoudre l'une ou l'autre des équations (6) ou (7) pour trouver une fonction de

transfert.

On va essayer maintenant de trouver une fonction de transfert H(Z) en soumettant à la conversion Z

l'équation de transfert de charges à l'instant nT. Si l'équa-

tion (6) est soumise à la conversion (Z), on obtient l'équation (8) suivante:

V1 (-C8 + Z-1 C9) = V2 (C5 + C0 -Z_1C...... 0)(8)

On obtient une équation (9) suivante à partir de l'équation (8):

H(Z) = V2/V1 - (C8- Z1 * C) / (C5 + C0)

C 9) / (5 +0)

- Z 1 C0} (9)

La fonction de transfert représentée par

l'équation (9) prend la même forme que la fonction de trans-

fert trouvée pour le circuit de la figure 2. A partir de cette fonction de transfert, on peut concevoir et réaliser un circuit possédant des caractéristiques de filtre avec un point

d'annulation faible, si l'on annule le numérateur de l'équa-

tion ci-dessus. En effet il faudrait obtenir C8/C9 = 1. Ceci peut être aisément réalisé en donnant à la capacité C8 une

valeur égale à la capacité C9.

Par conséquent, conformément au circuit de

la figure 4, le terme Z 2 situé dans le numérateur de la fonc-

tion de transfert peut être supprimé sans l'utilisation d'un circuit de maintien d'échantillons, qui était prévu pour le circuit de la figure 2. Par conséquent on peut réaliser un filtre possédant des caractéristiques avec un point d'annula-

tion faible en donnant au rapport des capacités la valeur "1".

Etant donné que les capacitésdes condensateurs n'ont pas besoin

d'être accrues de façon anormale, on peut réaliser des conden-

sateurs avec des tailles réduites par rapport à ceux du cir-

cuit de la figure 1; c'est-à-dire que les surfaces occupées par le circuit peuvent être réduites, ce qui permet de réduire la taille de la microplaquette ou puce. Le circuit établit une

faible charge capacitive par rapport à l'amplificateur opéra-

tionnel de l'étage précédent et par conséquent l'amplificateur

opérationnel OP3 fonctionne à une vitesse accrue.

Dans le circuit de la figure 1 tel qu'il a été décrit antérieurement, le rapport de la capacité C1 et de la capacité C2 doit être réduit afin de limiter la surface occupée à une gamme prédéterminée, ce qui entraîne l'obtention

de caractéristiques altérées du filtre et une précision réduite.

Par ailleurs avec le circuit de filtre possédant la forme de réalisation mentionnée ci-dessus, on peut déterminer le rap-

port des capacités permettant d'obtenir des caractéristiques désirées de filtre, de telle sorte que les caractéristiques

de filtre sont améliorées et que la précision augmente.

Conformément au circuit de la forme de réa-

lisation mentionnée ci-dessus, qui ne requiert aucun circuit de maintien d'échantillons, la surface occupée par ce circuit

de maintien d'échantillons et la consommation en énergie élec-

trique peuvent en outre être réduites par rapport à celles du circuit de la figure 2. Par exemple, lorsque l'on réalise un filtre tertiaire en utilisant le circuit de la figure 4, la surface occupée et la consommation en énergie peuvent être réduites d'environ 25 % par rapport au cas de l'utilisation du

circuit de la figure 2.

Dans cette forme de réalisation, des impul-

sions d'horloge doivent être préparées en divisant par un demi la fréquence des impulsions d'horloge de référence afin de faire fonctionner les condensateurs commutés SC6 à SC9, ce qui entraîne une augmentation des types d'impulsions d'horloges par rapport aux impulsions d'horloge intervenant dans le circuit de la figure 1. Mais le circuit de la figure 2 requiert deux types d'impulsions d'horlogespossédant des phases qui diffèrent l'une de l'autre d'une demi-période. C'est pourquoi cette forme de réalisation ne requiert pas un nombre accru de

types d'impulsions d'horloges par rapport aux impulsions d'hor-

loge intervenant dans le circuit de la figure 2.

Deuxième forme de réalisation Les figures 6 et 7 montrent une seconde

forme de réalisation de la présente invention.

Conformément à cette forme de réalisation, un condensateur commuté a un fonctionnement qui, conformément à la première forme de réalisation, était réalisé par deux condensateurs commutés du type sans inversion SC6, SC8. Les

deux condensateurs commutés peuvent être remplacés par un con-

densateur commuté, pour les raisons qui vont être décrites ci-

après.

En effet, dans la première forme de réali-

sation, les condensateurs commutés du type sans inversion SC6 et SC8 branchés en parallèle fonctionnent en alternance une période sur deux ou toutes les deux périodes. C'est pourquoi, lorsque les condensateurs C6, C8 doivent être rendus identiques l'un à l'autre, les condensateurs commutés SC6 et SC8peuvent

être remplacés par un condensateur commuté du type sans inver-

sion, qui fonctionne sur une demi-période.

Dans le circuit d'entrée 2' de la seconde forme de réalisation, les condensateurs commutés SC6, SC8

utilisés sur la figure 4 peuvent être remplacés par un conden-

sateur commuté SC10 qui fonctionne sur une demi-période des

condensateurs commutés du type à inversion SC7, SC9 conformé-

ment au chronogramme représenté sur la figure 7. Par conséquent le circuit de filtre de la figure 6 fonctionne tout à fait de la même manière que le circuit de la figure 4 et fournit les

mêmes fonctions et les mêmes effets.

Sur la figure 6, les commutateurs S11, S12, S71, S72, S91 et S92 constituant les condensateurs commutés

SC10, SC7 et SC9 sont représentés par le symbole d'un commuta-

teur inverseur comme dans le cas de la figure 4, de manière à simplifier le dessin. Cependant les commutateurs individuels

peuvent prendre l'état ouvert. C'est pourquoi il faut compren-

dre que chaque commutateur est constitué par deux commutateurs unipolaires, qui peuvent être commandés indépendamment l'un de l'autre. On peut comprendre les états ou conditions

de commutation de chacun des commutateurs avec les chronogram-

mes des figures 7A à 7D-. La figure 7A montre un cadencement, conformément auquel les commutateurs S11,' S12 sont raccordés à

la borne d'entrée 1 et à la borne d'entrée inversée de l'ampli-

ficateur opérationnel OP3 de la figure 6. En d'autres termes la figure 7A représente un cadencement selon lequel se trouve réalisé le fonctionnement d'enregistrement et de lecture du condensateur commuté SC10. La figure 7(B) montre un cadencement, selon lequel les commutateurs Sil, S12 sont raccordés au côté

de la masse, c'est-à-dire que cette figure représente un ca-

dencement selon lequel la charge électrique du condensateur C10 est déchargée. La figure 7(C) représente un cadencement conformément auquel les commutateurs S71, S92 sont raccordés

à la borne d'entrée 1 et à la borne d'entrée inversée de l'am-

plificateur opérationnel, et conformément auquel les commuta-

teurs S72, S91 sont raccordés au côté de la masse. En d'autres termes, la figure 7C représente un cadencement,conformément auquel la charge électrique est enregistrée ou stockée dans le condensateur commuté SC7 et o la charge électrique est lue hors du condensateur commuté SC9. La figure 7D représente un cadencement, selon lequel les commutateurs S71, S92 sont raccordés au côté de la masse et les commutateurs S72, S91 sont raccordés à la borne d'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel et à la borne d'entrée 1. En d'autres termes, la figure 7D représente un cadencement selon lequel la charge électrique est lue hors du condensateur commuté SC7 et la char-

ge électrique est enregistrée dans le condensateur commuté SC9.

Pendant l'intervalle de temps T3 s'étendant

entre les instants T1 et T2 pour le raccordement des commuta-

teurs représentés sur les figures 7C et 7D, les commutateurs

S71, S72 et S 91, S92 sont tous placés à l'état flottant (c'est-

à-dire qu'ils ne sont raccordés à aucune des bornes). Les char-

ges électriques stockées dans les condensateurs C0, C9 sont conservées pendant cet intervalle de temps T3. Cet état peut être obtenu en réalisant chacun des commutateurs S71, S72, S91

et S92 en utilisant un couple de transistors MOSFET et en pla-

çant simultanément les deux transistors MOSFET à l'état non conducteur. Troisième forme de réalisation La figure 8 représente une troisième forme de réalisation de la présente invention. Le circuit de cette

forme de réalisation se compose d'un filtre secondaire/secon-

daire F2 et d'un filtre primaire/primaire F1, qui sont branchés

en série, et constituent un filtre tertiaire dans son ensemble.

Le filtre F2 est constitué par deux filtres primaire/primaire de la figure 6, qui sont raccordés ensemble

par l'intermédiaire d'un condensateur commuté SCll. Une réac-

tion est appliquée entre l'entrée-de l'étage précédent et l'en-

trée de l'étage ultérieur et une réaction est appliquée entre

la sortie de l'étage ultérieur et l'entrée de l'étage précédent.

Le filtre F1 constitue le filtre primaire/primaire qui est

representé sur la figure 6.

C'est-à-dire que les circuits d'entrée 2' constitués chacun par des condensateurs commutés du type à inversion SC7, SC9 et par un condensateur commuté du type sans inversion SC10, branchés en parallèle, sont raccordés aux

bornes d'entrée inversée de chacun des amplificateurs opéra-

tionnels OP3 à OP5. Dans le circuit d'entrée 2', le condensa-

teur commuté SC10 fonctionne à une période des impulsions d'horloge de référence, et les condensateurs commutés SC7, SC9 sont actionnés par des impulsions d'horloge possédant une

période qui est le double de la période des impulsions d'hor-

loge de référence. C'est pourquoi le terme Z Z peut être éli-

miné du numérateur de la fonction de transfert sans qu'il soit

nécessaire de prévoir le circuit de maintien d'échantillons.

Par conséquent on peut obtenir des caractéristiques de filtre possédant un point d'annulation faible, avec des condensateurs

pour lesquels les rapports des capacités sont faibles.

Le circuit d'entrée 2' de la figure 8 peut être remplacé par le circuit d'entrée 2 constitué par deux condensateurs commutés du type sans inversion SC6, SC8 et par un couple de condensateurs commutés du type à inversion SC7,

SC9 représenté sur la figure 4.

Il est en outre possible de raccorder en cascades une pluralité de filtres tels que le filtre secondaire F2 de la figure 8 pour constituer un circuit de filtre d'ordre

2n (n étant un nombre entier) ou de raccorder n filtres secon-

daires et un filtre primaire en cascades de manière à consti-

tuer un circuit de filtre d'ordre 2n + 1.

Dans la forme de réalisation de la figure 4, deux couples de condensateurs commutés du type sans inversion et deux condensateurs commutés du type à inversion sont prévus en parallèle de manière à constituer un circuit d'entrée qui fonctionne à une période double, de manière à réaliser ainsi un filtre primaire/primaire dont le numérateur de la fonction de transfert est représenté par C + DZ1. On peut en outre raccorder trois ou un plus grand nombre de couples formés du condensateur commuté du type sans inversion et du condensateur

commuté du type à inversion en parallèle de manière à les fai-

re fonctionner avec une période triplée, quadruplée ou analo-

gue, afin d'obtenir un filtre transversal qui peut être repré-

-1 z-2 -3 senté par C D + D1ZZ2 + DZ + - En utilisant un

1 2 3

tel filtre transversal, on peut aplanir le temps de retard

et l'on peut aisément agencé l'axe des temps.

On va décrire ci-après les effets obtenus conformément à l'invention.

(1) Un circuit d'entrée constitué par une plura-

lité de condensateurs commutés du type à inversion et par au moins un condensateur commuté du type sans inversion, branchés

en parallèle, est raccordé à une borne d'entrée d'un amplifica-

teur opérationnel, et au moins les condensateurs commutés du type à inversion fonctionnent en alternance en étant décalés

d'une période les uns par rapport aux autres, et ce à une pé-

riode double de celle des impulsions d'horloge de référence.

Par conséquent les données antérieures d'une période sont stoc-

kées sans l'utilisation du circuit de maintien d'échantillons et sont transférées au condensateur de réaction en même temps

que les données qui sont retardées d'une période, ce qui per-

met d'obtenir des caractéristiques de filtre possédant un

point d'annulation faible, sans qu'il soit nécessaire d'accroc-

tre le rapport des capacités dans le circuit d'entrée. Par conséquent le filtre occupe une surface réduite, la taille de la microplaquette ou puce est réduite et la consommation en

énergie électrique est réduite.

(2) Un circuit d'entrée constitué par une plu-

ralité de condensateurs commutes du type à inversion et par

au moins un condensateur commuté du type sans inversion, bran-

chés en parallèle, est raccordé à une borne d'entrée d'un am-

plificateur opérationnel, et au moins les condensateurs commutés du type à inversion fonctionnent en alternance en étant décalés les uns par rapport aux autres d'une période, avec une période double de celles des impulsions d'horloge

de référence. De ce fait il est possible d'obtenir des carac-

téristiques de filtre possédant un point d'annulation faible

sans qu'il soit nécessaire d'accroître le rapport des capaci-

tés dans le circuit d'entrée. Ceci permet d'améliorer les caractéristiques de fréquence du filtre et d'accroître la précision par rapport aux filtres dans lesquels une limitation

est imposée aux rapports des capacités.

La présente invention a été décrite de façon concrète ci-dessus en se référant à des formes de réa- lisation. Cependant il faut noter que la présente invention n'est en aucune manière limitée aux formes de réalisation

mentionnées précédemment, mais qu'on peut y apporter des modi-

fications de différentes manières sans pour autant sortir du

cadre de l'invention.

On va indiquer ci-après le domaine d'utili-

sation de la présente invention.

La présente invention peut être utilisée pour tous les dispositifs à circuits intégrés à semiconducteurs contenant des filtres à condensateurs commutés, tels que des circuits LSI à haute densité d'intégration égalisée (égaliseurs) pour les équipements téléphoniques numériques, les égaliseurs

f,, et pour les circuits intégrés à haute densité d'intégra-

tion utilisés pour des signaux d'images et pour des signaux vocaux.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit intégré à semiconducteurs, carac-

térisé en ce qu'il comporte: un premier noeud qui reçoit des signaux d'entrée, et un second noeud qui reçoit des signaux

qui doivent être envoyés à une borne d'entrée (3) d'un ampli-

ficateur opérationnel (OP3), un premier condensateur commuté du type à inversion (SC7) et un second condensateur commuté du type à inversion (SC9) qui sont branchés en parallèle entre ledit premier noeud et ledit second noeud, et un premier condensateur commuté du type

sans inversion (SC6) branché entre ledit premier noeud et le-

dit second noeud.

2. Circuit intégré à semiconducteurs selon

la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier con-

densateur coummuté du type à inversion et ledit second conden-

sateur commuté du type à inversion (SC7, SC9) sont commandés de telle sorte que les données sont enregistrées selon un cadencement différent d'un cadencement utilisé pour la lecture

des données.

3. Circuit intégré à semiconducteurs selon

la revendication 2, caractérisé en ce qu'un second condensa-

teur commuté du type sans inversion (SC8) est prévu entre

ledit premier noeud et ledit second noeud, ce second condensa-

teur commuté du type sans inversion étant commandé de telle sorte que les cadencements de lecture et d'enregistrement de ce condensateur commuté sont accordés sensiblement sur ceux

dudit premier condensateur commuté du type à inversion.

4. Circuit intégré à semiconducteurs selon la revendication 3, caractérisé en De qu'un condensateur (C6) constituant ledit premier condensateur commuté du type sans inversion et un condensateur (C8) constituant ledit second

condensateur commuté du type sans inversion possèdent essen-

tiellement des capacités identiques.

5. Circuit intégré à semiconducteurs selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un condensateur -C7) constituant ledit premier condensateur commuté du type à inversion et un condensateur (C) constituant ledit second

condensateur commuté du type à inversion, possèdent essentiel-

lement des capacités égales.

6. Circuit intégré à semiconducteurs selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un condensateur (C9) constituant ledit second condensateur commuté du type à inversion et un condensateur (C8) constituant ledit second

condensateur commuté du type sans inversion, possèdent essen-

tiellement des capacités identiques.

7. Dispositif à circuits intégrés à semi-

conducteurs selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu en outre un amplificateur opérationnel (OP4, OP5) dont la borne d'entrée est accouplée audit second noeud, et un troisième condensateur commuté du type sans inversion qui

est raccordé entre la borne de sortie dudit amplificateur opé-

rationnel et à ladite borne d'entrée et dont les opérations d'enregistrement et de lecture sont exécutées à une période égale à la moitié de la période d'enregistrement dudit premie:

condensateur commuté du type à inversion.

8. Circuit intégré à semiconducteurs carac térisé en ce qu'il comporte

un circuit d'entrée (2; 2') qui est cons-

titué par une pluralité de condensateurs commutés (SC6 - SC9; SC7 - SC9 SC10) qui sont branchés réciproquement en parallè le, un amplificateur opérationnel (OP3; OP4 OP5) accouplé audit circuit d'entrée (2; 2'), et un filtre à condensateur commuté (SC5) qu: est constitué par un élément de réaction accouplé à la borne d'entrée/sortie dudit amplificateur opérationnel (OP3; OP4; OP5) au moins deux condensateurs commutés situés dans ledit circuit d'entrée (2; 2') étant constitués par des

condensateurs commutes du type à inversion dont les cadence-

ments d'enregistrement et les cadencements de lecture diffè-

rent les uns des autres.