FR2841408A1 - Differential signal rejection with high common mode rejection having high input impedance amplifier and auxiliary feed powering several circuits current source and connected base mode feed - Google Patents
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Abstract
Description
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Procédé et dispositif pour la réception de signaux différentiels avec une forte réjection du mode commun. Method and device for receiving differential signals with strong rejection of the common mode.
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la réception de signaux différentiels tels que ceux qui se propagent sur les lignes de transmission équilibrées, avec une forte réjection des tensions de mode commun. The invention relates to a method and a device for the reception of differential signals such as those which propagate on balanced transmission lines, with a strong rejection of the common mode voltages.
Nous allons considérer dans la suite une ligne de transmission équilibrée reliée à l'une de ses extrémités à une source de signaux différentiels, et à l'autre extrémité à un récepteur de signaux différentiels. Les lignes de transmission (ou liaisons) équilibrées, aussi appelées lignes de transmission (ou liaisons) symétriques, comportent au moins deux conducteurs normalement reliés, d'un côté de la liaison à la borne de sortie positive et à la borne de sortie négative de la source de signaux différentiels, et de l'autre côté de la liaison à la borne d'entrée positive et à la borne d'entrée négative du récepteur de signaux différentiels. Ces deux conducteurs sont souvent ceux d'une paire torsadée. We will consider in the following a balanced transmission line connected at one of its ends to a source of differential signals, and at the other end to a receiver of differential signals. Balanced transmission lines (or links), also called symmetrical transmission lines (or links), have at least two normally connected conductors, on one side of the link to the positive output terminal and to the negative output terminal of the source of differential signals, and on the other side of the link to the positive input terminal and to the negative input terminal of the differential signal receiver. These two conductors are often those of a twisted pair.
Classiquement, la liaison équilibrée peut comporter un troisième conducteur, par exemple un écran entourant la paire pour constituer une paire blindée. Ce troisième conducteur est normalement relié à l'une et/ou l'autre de ses extrémités à la masse de chacun des équipements reliés par la liaison équilibrée. Conventionally, the balanced link may include a third conductor, for example a screen surrounding the pair to form a shielded pair. This third conductor is normally connected at one and / or the other of its ends to the ground of each of the items of equipment connected by the balanced link.
Un récepteur de signaux différentiels comporte au moins une borne d'entrée positive, une borne d'entrée négative, une borne de sortie et une borne de référence. Cette borne de référence est souvent reliée à la masse, mais pas nécessairement. La fonction principale d'un récepteur de signaux différentiels est de délivrer à sa sortie, c' est-à-dire l'accès constitué par une borne de sortie et la borne de référence, une tension proportionnelle à la différence de potentiel entre la borne d'entrée positive et la borne d'entrée négative. A differential signal receiver has at least one positive input terminal, a negative input terminal, an output terminal and a reference terminal. This reference terminal is often connected to ground, but not necessarily. The main function of a differential signal receiver is to deliver at its output, that is to say the access constituted by an output terminal and the reference terminal, a voltage proportional to the potential difference between the terminal positive input and negative input terminal.
Pour permettre des performances optimales d'une ligne de transmission symétrique, les spécialistes savent bien qu'il est souhaitable que le récepteur de signaux différentiels présente To allow optimal performance of a symmetrical transmission line, specialists are well aware that it is desirable for the differential signal receiver to have
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des impédances aussi voisines que possible entre la borne d'entrée positive et la borne de référence d'une part, et entre la borne d'entrée négative et la borne de référence d'autre part : on dit alors que l'entrée est équilibrée (ou symétrique) . impedances as close as possible between the positive input terminal and the reference terminal on the one hand, and between the negative input terminal and the reference terminal on the other hand: we say then that the input is balanced (or symmetrical).
Il est aussi souhaitable qu'une source de signaux différentiels produise premièrement des impédances aussi voisines que possible entre sa borne de sortie positive et sa borne de référence d'une part, et entre sa borne de sortie négative et sa borne de référence d'autre part, et deuxièmement des tensions instantanées opposées entre sa borne de sortie positive et sa borne de référence d'une part, et entre sa borne de sortie négative et sa borne de référence d'autre part. It is also desirable that a source of differential signals first produce impedances as close as possible between its positive output terminal and its reference terminal on the one hand, and between its negative output terminal and its reference terminal on the other hand part, and secondly of the instantaneous voltages opposite between its positive output terminal and its reference terminal on the one hand, and between its negative output terminal and its reference terminal on the other hand.
Lorsque ces deux conditions sont remplies, on dit que la sortie de la source est équilibrée (ou symétrique). When these two conditions are met, we say that the source output is balanced (or balanced).
Dans la suite, et conformément à l'usage, si l'on note Vp la tension entre la borne d'entrée positive et la borne de référence du récepteur de signaux différentiels, et Vn la tension entre sa borne d'entrée négative et sa borne de référence, nous appellerons tension de mode différentiel à l'entrée la tension Vp - Vn et nous appellerons tension de mode commun à l'entrée la tension (Vp + Vn)/2. In the following, and in accordance with custom, if Vp is noted the voltage between the positive input terminal and the reference terminal of the differential signal receiver, and Vn the voltage between its negative input terminal and its reference terminal, we will call differential mode voltage at the input the voltage Vp - Vn and we will call common mode voltage at the input the voltage (Vp + Vn) / 2.
Lorsque la ligne de transmission symétrique est bien utilisée, les perturbations électromagnétiques ne produisent que très peu de tension de mode différentiel sur celle-ci. Pour un récepteur de signaux différentiels, nous pourrons donc considérer que le signal est constitué par la tension de mode différentiel à l'entrée. Par contre, les spécialistes savent que les perturbations électromagnétiques peuvent produire une tension de mode commun importante. C'est la raison pour laquelle il est souhaitable qu'un récepteur de signaux différentiels présente un taux de réjection du mode commun élevé, la définition de cette caractéristique étant bien connue des spécialistes. When the symmetrical transmission line is well used, the electromagnetic disturbances produce only very little differential mode voltage thereon. For a receiver of differential signals, we can therefore consider that the signal consists of the differential mode voltage at the input. On the other hand, specialists know that electromagnetic disturbances can produce a significant common mode voltage. This is the reason why it is desirable for a receiver of differential signals to have a high common mode rejection rate, the definition of this characteristic being well known to specialists.
Nous allons à présent passer en revue trois dispositifs connus pour la réception de signaux différentiels. Les trois premiers sont très classiques et sont par exemple présentés et We will now review three known devices for receiving differential signals. The first three are very classic and are for example presented and
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discutés dans l'ouvrage "The art of electronics" de Paul Horowitz et Winfield Hill, édité par Cambridge University Press en 1980, ainsi que dans l'article "Balanced Lines in Audio Systems : Fact, Fiction, and Transformers" de Bill Whitlock, paru dans le Journal of the Audio Engineering Society, vol. 43, No. 6, June 1995. discussed in the book "The art of electronics" by Paul Horowitz and Winfield Hill, edited by Cambridge University Press in 1980, as well as in the article "Balanced Lines in Audio Systems: Fact, Fiction, and Transformers" by Bill Whitlock, published in the Journal of the Audio Engineering Society, vol. 43, No. 6, June 1995.
Selon un premier dispositif bien connu, un récepteur de signaux différentiels est un simple amplificateur différentiel constitué d'un amplificateur opérationnel et de 4 résistances. According to a first well-known device, a differential signal receiver is a simple differential amplifier consisting of an operational amplifier and 4 resistors.
Ce montage est par exemple présenté et discuté au chapitre 3 (pages 99 et 100) et au chapitre 7 (pages 279 et 280) du dit ouvrage de P. Horowitz et W. Hill, et au paragraphe 4 du dit article de B. Whitlock. Les principaux défauts de ce montage sont que : - le taux de réjection du mode commun est fortement affecté par une éventuelle assymétrie de l'impédance de la source, ou de la liaison équilibrée, - la matrice d'impédance de ce circuit n'est pas celle d'un circuit symétrique, et les tensions apparaissant sur une ligne reliant la source au récepteur ne sont généralement pas opposées, même lorsque la source est équilibrée. This assembly is for example presented and discussed in chapter 3 (pages 99 and 100) and in chapter 7 (pages 279 and 280) of the said work by P. Horowitz and W. Hill, and in paragraph 4 of the said article by B. Whitlock . The main shortcomings of this arrangement are that: - the rejection rate of the common mode is strongly affected by a possible asymmetry of the impedance of the source, or of the balanced link, - the impedance matrix of this circuit is not that of a balanced circuit, and the voltages appearing on a line connecting the source to the receiver are generally not opposite, even when the source is balanced.
Un avantage de ce premier dispositif connu est que l'amplificateur opérationnel voit à ses entrées une tension plus faible que la tension appliquée. Il est bien connu des spécialistes qu'en choisissant convenablement les valeurs de résistances, on pourrait par exemple appliquer sur chacune des entrées positives des signaux dont la valeur absolue de la tension instantanée atteindrait 30 V crête par rapport à la référence, tout en utilisant un amplificateur opérationnel ne supportant pas, pour un fonctionnement correct, une valeur absolue de la tension instantanée dépassant 13 V entre l'une quelconque de ses entrées et le point milieu de son alimentation. An advantage of this first known device is that the operational amplifier sees a lower voltage at its inputs than the applied voltage. It is well known to specialists that, by choosing the resistance values suitably, signals could be applied to each of the positive inputs, the absolute value of the instantaneous voltage reaching 30 V peak with respect to the reference, while using a operational amplifier not supporting, for correct operation, an absolute value of the instantaneous voltage exceeding 13 V between any of its inputs and the midpoint of its power supply.
Un second dispositif connu sous le nom "amplificateur d'instrumentation à trois amplificateurs opérationnels" constitue également un récepteur de signaux différentiels. Ce montage est par exemple présenté et discuté au chapitre 7 (pages 281 à 283) du dit ouvrage de P. Horowitz et W. Hill, et A second device known as an "instrumentation amplifier with three operational amplifiers" also constitutes a receiver of differential signals. This assembly is for example presented and discussed in chapter 7 (pages 281 to 283) of the said work of P. Horowitz and W. Hill, and
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au paragraphe 4 du dit article de B. Whitlock. Il comporte un étage d'entrée utilisant deux amplificateurs opérationnels, procurant une première amplification avec une haute impédance d'entrée de chacun des signaux présents sur la borne d'entrée positive et sur la borne d'entrée négative, puis l'amplification différentielle des deux signaux ainsi amplifiés. Ce dispositif existe selon deux variantes : selonla première l'étage d'entrée a un gain unité en tension, tandis que selon la seconde variante (qui nécessite trois résistances supplémentaires) l'étage d'entrée présente un gain en tension strictement supérieur à l'unité pour les signaux en mode différentiel et un gain en tension unité pour les signaux en mode commun. in paragraph 4 of the said article by B. Whitlock. It comprises an input stage using two operational amplifiers, providing a first amplification with a high input impedance of each of the signals present on the positive input terminal and on the negative input terminal, then the differential amplification of the two signals thus amplified. This device exists in two variants: according to the first input stage has a unity voltage gain, while according to the second variant (which requires three additional resistors) the input stage has a voltage gain strictly greater than l 'unit for signals in differential mode and a voltage gain unit for signals in common mode.
Ce second dispositif connu permet d'éliminer les deux défauts que nous avons identifiés pour le premier dispositif connu, grâce à son impédance d'entrée plus élevée. This second known device eliminates the two faults that we identified for the first known device, thanks to its higher input impedance.
Par contre le second dispositif connu présente, par rapport au premier dispositif connu, les inconvénients suivants: - la réjection du mode commun de l'ensemble du circuit est limitée par celle de chacun des deux amplificateurs opérationnels de l'étage d'entrée, car ils voient la tension de mode commun apparaître par rapport à leur alimentation, - chacun des deux premiers amplificateurs doit supporter, avec un fonctionnement correct, les valeurs extrêmes que peut prendre la valeur absolue de la tension du signal d'entrée. On the other hand, the second known device has the following drawbacks compared to the first known device: - the rejection of the common mode of the entire circuit is limited by that of each of the two operational amplifiers of the input stage, because they see the common mode voltage appear with respect to their power supply, - each of the first two amplifiers must support, with correct operation, the extreme values that the absolute value of the voltage of the input signal can take.
Pour ce second inconvénient, nous notons par exemple que si l'on souhaite recevoir un signal équilibré ayant une valeur absolue de la tension différentielle instantanée ne dépassant pas 26 V, il est possible de le recevoir, en l'absence de tension de mode commun, sur un second dispositif connu réalisé à partir d'amplificateurs opérationnels ne supportant pas, pour un fonctionnement correct, une valeur absolue de la tension instantanée dépassant 13 V entre l'une quelconque de leurs entrées et le point milieu de l'alimentation. En présence d'un bruit de mode commun par contre, par exemple un bruit sans cohérence avec le dit signal équilibré et se superposant à celui-ci, bruit dont la valeur absolue de la tension de mode For this second drawback, we note for example that if one wishes to receive a balanced signal having an absolute value of the instantaneous differential voltage not exceeding 26 V, it is possible to receive it, in the absence of common mode voltage , on a second known device produced from operational amplifiers which do not support, for correct operation, an absolute value of the instantaneous voltage exceeding 13 V between any of their inputs and the midpoint of the power supply. In the presence of a common mode noise on the other hand, for example a noise without coherence with the said balanced signal and superimposed on it, noise including the absolute value of the mode voltage
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commun instantanée atteindrait 10 V, le spécialiste voit bien qu'il n'est plus possible d'obtenir une réception normale. common instantaneous reach 10 V, the specialist sees that it is no longer possible to obtain normal reception.
Avant de présenter le troisième dispositif connu, nous devons évoquer une technique appelée bootstrap. De la façon la plus générale, celle-ci consiste à utiliser un noeud B présentant une basse impédance par rapport à la référence, noeud dont le potentiel varie dans une certaine bande de fréquences presque comme celui d'un signal donné à un noeud A, de façon à exploiter la propriété suivante : tout dipôle dont les bornes sont respectivement connectées aux noeuds A et B ne voit pratiquement pas entre ses bornes la tension du dit signal au noeud A dans la dite bande de fréquences. Une conséquence de cette propriété est par exemple que lorsque ce dipôle est linéaire, il n'est parcouru, à toute fréquence dans la dite bande de fréquences, que par un courant, causé par le dit signal au noeud A, beaucoup plus faible que le rapport entre la tension du dit signal au noeud A et l'impédance du dipôle. Before presenting the third known device, we must discuss a technique called bootstrap. In the most general way, this consists in using a node B having a low impedance compared to the reference, node whose potential varies in a certain frequency band almost like that of a signal given to a node A, so as to exploit the following property: any dipole whose terminals are respectively connected to nodes A and B practically does not see between its terminals the voltage of said signal at node A in said frequency band. A consequence of this property is for example that when this dipole is linear, it is traversed, at any frequency in the said frequency band, only by a current, caused by the said signal at node A, much weaker than the relationship between the voltage of said signal at node A and the impedance of the dipole.
Les spécialistes savent que la technique bootstrap peut être notamment utilisée pour : - faire en sorte que la ou les résistances de polarisation de l'entrée d'un amplificateur ne réduisent pas son impédance d'entrée dans une certaine bande de fréquences, - faire en sorte que des circuits d'amplification recevant un signal différentiel ne subissent pas d'effet de la tension de mode commun à l'entrée. Specialists know that the bootstrap technique can be used in particular to: - ensure that the bias resistance (s) of the input of an amplifier does not reduce its input impedance in a certain frequency band, - so that amplifier circuits receiving a differential signal are not affected by the common mode voltage at the input.
Selon un premier exemple de mise en oeuvre de la technique bootstrap connu depuis longtemps par les spécialistes, présenté et discuté au chapitre 2 (pages 78 et 79) du dit ouvrage de P. Horowitz et W. Hill, la technique bootstrap est utilisée pour faire en sorte que la ou les résistances de polarisation de l'entrée d'un amplificateur ne réduisent pas son impédance d'entrée dans une certaine bande de fréquences : l'entrée d'un amplificateur est le noeud A auquel est relié la base d'un transistor monté en collecteur commun, dont la polarisation est assurée par une résistance de polarisation entre la dite base et un noeud B, dont le potentiel, dans une certaine bande de fréquences, varie presque comme celui de l'entrée avec une basse impédance parce qu'il est relié à According to a first example of implementation of the bootstrap technique known for a long time by specialists, presented and discussed in Chapter 2 (pages 78 and 79) of the said work by P. Horowitz and W. Hill, the bootstrap technique is used to make so that the bias resistance (s) of the input of an amplifier does not reduce its input impedance in a certain frequency band: the input of an amplifier is the node A to which the base of a transistor mounted in common collector, whose polarization is ensured by a polarization resistance between the said base and a node B, whose potential, in a certain frequency band, varies almost like that of the input with a low impedance because that he is connected to
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l'émetteur du dit transistor par un condensateur de capacité suffisante, le noeud B étant par ailleurs porté à une tension continue appropriée, par exemple en utilisant deux autres résistances. the emitter of said transistor by a capacitor of sufficient capacity, the node B being also brought to an appropriate direct voltage, for example by using two other resistors.
Un second exemple d'utilisation de la technique bootstrap connu depuis longtemps par les spécialistes, utilisée pour faire en sorte que des circuits d'amplification recevant un signal différentiel ne subissent pas d'effet de la tension de mode commun à l'entrée, est celui de notre troisième dispositif connu pour la réalisation d'un récepteur de signaux différentiels, dont la description suit. A second example of use of the bootstrap technique known for a long time by specialists, used to ensure that amplification circuits receiving a differential signal do not suffer from the effect of the common mode voltage at the input, is that of our third device known for producing a differential signal receiver, the description of which follows.
Ce troisième dispositif connu pour la réalisation d'un récepteur de signaux différentiels peut être appelé "amplificateur d'instrumentation à trois amplificateurs opérationnels avec alimentation bootstrap", et est par exemple décrit et discuté au chapitre 7 (pages 284 et 285) du dit ouvrage de P. Horowitz et W. Hill. Ce dispositif dérivé du second dispositif connu, utilise la puissance d'alimentation provenant d'un dispositif d'alimentation principal approximativement équivalent à deux générateurs de tension continue ayant chacun une borne connectée à un noeud appelé référence, et comporte un premier étage d'amplification avec une haute impédance d'entrée utilisant deux amplificateurs opérationnels suivi d'un second étage qui est un amplificateur différentiel utilisant un troisième amplificateur opérationnel, avec en outre les caractéristiques suivantes : - premièrement les circuits réalisant la dite amplification avec une haute impédance d'entrée sont alimentés par leur connexion aux trois bornes de sortie d'un dispositif d'alimentation auxiliaire, - deuxièmement le dit dispositif d'alimentation auxiliaire présente entre ses trois bornes de sortie des tensions approximativement continues, - troisièmement le dit dispositif d'alimentation auxiliaire assure une isolation galvanique entre le dispositif d'alimentation principale et ses bornes de sortie, - quatrièmement l'une des dites bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire est connectée à la sortie d'un quatrième amplificateur opérationnel alimenté par le dispositif This third device known for producing a differential signal receiver can be called an “instrumentation amplifier with three operational amplifiers with bootstrap power supply”, and is for example described and discussed in chapter 7 (pages 284 and 285) of said work. by P. Horowitz and W. Hill. This device derived from the second known device, uses the power supply from a main supply device approximately equivalent to two DC voltage generators each having a terminal connected to a node called reference, and comprises a first amplification stage with a high input impedance using two operational amplifiers followed by a second stage which is a differential amplifier using a third operational amplifier, with the following characteristics: - firstly the circuits carrying out said amplification with a high input impedance are supplied by their connection to the three output terminals of an auxiliary supply device, - secondly said auxiliary supply device has between its three output terminals approximately continuous voltages, - thirdly said auxiliary supply device provides insulation g alvanic between the main power supply device and its output terminals, - fourthly one of said output terminals of the auxiliary power supply device is connected to the output of a fourth operational amplifier powered by the device
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d'alimentation principal, amplificateur opérationnel dont l'entrée est reliée par des résistances aux bornes de sortie du premier étage et qui est utilisé de façon telle que l'on trouve à sa sortie une basse impédance par rapport à la référence, et une tension qui est, dans une certaine bande de fréquences, à chaque instant très voisine de la tension de mode commun à l'entrée. main power supply, operational amplifier whose input is connected by resistors to the output terminals of the first stage and which is used in such a way that a low impedance with respect to the reference and a voltage are found at its output which is, in a certain frequency band, at all times very close to the common mode voltage at the input.
Le dit dispositif d'alimentation auxiliaire constitue donc une alimentation flottante et galvaniquement isolée, qui est dans la plupart des réalisations une alimentation délivrant deux tensions opposées par rapport à un point milieu. C'est en général ce point milieu qui est maintenu par le dit quatrième amplificateur opérationnel à une tension qui est, dans une certaine bande de fréquences, à chaque instant très voisine de la tension de mode commun à l'entrée. Ce troisième dispositif connu améliore les caractéristiques du second dispositif connu parce que les deux amplificateurs opérationnels du premier étage d'amplification ne voient pas de contribution de la tension de mode commun à l'entrée à la tension entre chacune des bornes d'entrée et le point milieu du dispositif d'alimentation auxiliaire. Grâce à la technique bootstrap mise en oeuvre de cette façon, on obtient ainsi que : - la réjection du mode commun de l'ensemble du circuit n'est pratiquement pas limitée par le taux de réjection de mode commun des deux amplificateurs opérationnels du premier étage d'amplification, - la tension de mode commun à l'entrée ne contribue plus aux valeurs maximales que prend la valeur absolue de la tension instantanée entre l'une quelconque des entrées de ces deux amplificateurs opérationnels et le point milieu de leur alimentation. Said auxiliary supply device therefore constitutes a floating and galvanically isolated supply, which in most embodiments is a supply supplying two opposite voltages with respect to a midpoint. It is generally this midpoint which is maintained by said fourth operational amplifier at a voltage which is, in a certain frequency band, at each instant very close to the common mode voltage at the input. This third known device improves the characteristics of the second known device because the two operational amplifiers of the first amplification stage do not see any contribution of the common mode voltage at the input to the voltage between each of the input terminals and the middle point of the auxiliary supply device. Thanks to the bootstrap technique implemented in this way, we thus obtain that: - the common mode rejection of the entire circuit is practically not limited by the common mode rejection rate of the two operational amplifiers of the first stage amplification, - the common mode voltage at the input no longer contributes to the maximum values taken by the absolute value of the instantaneous voltage between any of the inputs of these two operational amplifiers and the midpoint of their power supply.
Ainsi, les deux inconvénients cités plus haut pour le second dispositif connu ne sont pas présents dans le troisième dispositif connu. Thus, the two disadvantages mentioned above for the second known device are not present in the third known device.
Le dit dispositif d'alimentation auxiliaire galvaniquement isolé d'un troisième dispositif connu peut être réalisée avec des piles, ou bien avec l'utilisation d'un transformateur fonctionnant à la fréquence du secteur (50 Hz ou 60 Hz Said galvanically isolated auxiliary supply device from a third known device can be produced with batteries, or with the use of a transformer operating at the mains frequency (50 Hz or 60 Hz
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typiquement) ou d'un transformateur faisant partie d'une alimentation à découpage. Dans ce dernier cas, l'alimentation à découpage doit généralement être conçue pour ne produire qu'un bruit très faible en mode commun. typically) or a transformer that is part of a switching power supply. In the latter case, the switching power supply must generally be designed to produce only very low noise in common mode.
Ce troisième dispositif connu, bien que paré des vertus techniques que nous venons d'exposer, présente l'inconvénient de nécessiter un dispositif d'alimentation auxiliaire galvaniquement isolé, qui a en général un coût et un encombrement inacceptables. This third known device, although adorned with the technical virtues that we have just exposed, has the drawback of requiring a galvanically isolated auxiliary supply device, which generally has an unacceptable cost and size.
Il existe également d'autres dispositifs connus pour la réalisation d'un récepteur de signaux différentiels, utilisant la technique bootstrap pour faire en sorte que la ou les résistances de polarisation de l'entrée d'un amplificateur ne réduisent pas son impédance d'entrée dans une certaine bande de fréquences, comme il a été expliqué plus haut. De tels dispositifs connus sont par exemple : un dispositif proposé par Brown, Jr et al., décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique numéro 4,320,351 du 16 mars 1982 ; dispositif proposé par Michael Suesserman, décrit dans le brevet des
Etats-Unis d'Amérique numéro 5,300,896 du 5 avril 1994 ; dispositif proposé par William Whitlock, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique numéro 5,568,561 du 22 octobre 1996. There are also other known devices for producing a differential signal receiver, using the bootstrap technique to ensure that the bias resistance (s) of the input of an amplifier does not reduce its input impedance in a certain frequency band, as explained above. Such known devices are for example: a device proposed by Brown, Jr et al., Described in the patent of the United States of America number 4,320,351 of March 16, 1982; device proposed by Michael Suesserman, described in the patent of
United States of America number 5,300,896 of April 5, 1994; device proposed by William Whitlock, described in the patent of the United States of America number 5,568,561 of October 22, 1996.
Ces dispositifs n'emploient pas de dispositif d'alimentation auxiliaire. These devices do not use an auxiliary power device.
Le procédé et le dispositif selon l'invention ont pour but la réception de signaux différentiels avec une forte réjection du mode commun, avec des caractéristiques semblables à celle du troisième dispositif connu, mais ne nécessitant pas d'alimentation galvaniquement isolée. The object of the method and device according to the invention is to receive differential signals with strong rejection of the common mode, with characteristics similar to that of the third known device, but not requiring galvanically isolated power supply.
L'invention concerne un procédé pour la réception de signaux différentiels présents entre une borne d'entrée positive et une borne d'entrée négative, avec une forte réjection de mode commun, utilisant la puissance d'alimentation provenant d'un dispositif d'alimentation principal approximativement équivalent à un ou plusieurs générateurs de tension continue ayant chacun une borne connectée à un noeud appelé référence, procédé comportant une première amplification The invention relates to a method for receiving differential signals present between a positive input terminal and a negative input terminal, with strong common mode rejection, using the power supply from a power supply device. main approximately equivalent to one or more DC voltage generators each having a terminal connected to a node called reference, method comprising a first amplification
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avec une haute impédance d'entrée de chacun des signaux présents sur la borne d'entrée positive et sur la borne d'entrée négative, puis l'amplification différentielle des deux signaux ainsi amplifiés, caractérisé en ce que: - premièrement les circuits réalisant la dite amplification avec une haute impédance d'entrée utilisent au moins deux amplificateurs opérationnels et sont uniquement alimentés par leur connexion à des bornes de sortie d'un dispositif d'alimentation auxiliaire, - deuxièmement le dit dispositif d'alimentation auxiliaire présente entre ses bornes de sorties une ou plusieurs tensions approximativement continues, - troisièmement le dit dispositif d'alimentation auxiliaire reçoit la puissance électrique par la connexion de ses bornes d'entrée au dit dispositif d'alimentation principal, le dispositif d'alimentation auxiliaire n'assurant pas d'isolation galvanique entre ses bornes d'entrée et ses bornes de sortie, - quatrièmement le dit dispositif d'alimentation auxiliaire contient un ou plusieurs circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant, chacun d'eux utilisant un ou plusieurs composants actifs, de façon à ce que chacune des bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire présente une haute impédance par rapport à chacune de ses bornes d'entrée, - cinquièmement l'une des dites bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire est connectée à un noeud à basse impédance par rapport à la référence, noeud dont la tension est, dans une certaine bande de fréquences, à chaque instant très voisine de la tension de mode commun à l'entrée. with a high input impedance of each of the signals present on the positive input terminal and on the negative input terminal, then the differential amplification of the two signals thus amplified, characterized in that: - firstly the circuits carrying out the said amplification with a high input impedance use at least two operational amplifiers and are only powered by their connection to output terminals of an auxiliary supply device, - secondly said auxiliary supply device present between its terminals outputs one or more approximately continuous voltages, - thirdly said auxiliary supply device receives electrical power by connecting its input terminals to said main supply device, the auxiliary supply device not ensuring galvanic isolation between its input terminals and its output terminals, - fourthly said device auxiliary supply contains one or more circuits whose output behaves approximately as a current source, each of them using one or more active components, so that each of the output terminals of the auxiliary supply device has a high impedance with respect to each of its input terminals, - fifthly, one of said output terminals of the auxiliary supply device is connected to a node with low impedance with respect to the reference, node whose voltage is, in a certain frequency band, at all times very close to the common mode voltage at the input.
On note que, contrairement au cas d'un dispositif selon le troisième procédé connu, les bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire ne sont pas galvaniquement isolés du circuit d'alimentation principal. Les spécialistes comprennent qu'ils peuvent réaliser un dispositif d'alimentation auxiliaire répondant aux exigences du procédé selon l'invention, en utilisant un ou plusieurs circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant, chacun d'eux utilisant un ou plusieurs composants actifs, de façon à ce que chacune des bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire présente une haute impédance par rapport à chacune It is noted that, unlike the case of a device according to the third known method, the output terminals of the auxiliary supply device are not galvanically isolated from the main supply circuit. Specialists understand that they can make an auxiliary power supply device meeting the requirements of the method according to the invention, using one or more circuits whose output behaves approximately as a current source, each of them using one or more active components, so that each of the output terminals of the auxiliary supply device has a high impedance relative to each
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de ses bornes d'entrée. Un circuit dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant est classiquement réalisé avec des composants actifs tels que par exemple des transistors à effet de champ ou des transistors bipolaires. of its input terminals. A circuit whose output behaves approximately as a current source is conventionally produced with active components such as for example field effect transistors or bipolar transistors.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce qu'il met en oeuvre, en tant que circuit se comportant approximativement comme une source de courant, la sortie d'un miroir de courant programmé pour délivrer un courant constant. The method according to the invention can be characterized in that it implements, as a circuit behaving approximately as a current source, the output of a current mirror programmed to deliver a constant current.
Les spécialistes connaissent bien les circuits à composants actifs appelés miroirs de courant, qui existent en plusieurs variétés, par exemple le miroir de courant élémentaire à deux transistors, ou le miroir de courant de Wilson utilisant trois transistors. Certains de ces miroirs de courant sont par exemple décrits au chapitre 2 (pages 71 à 74) du dit ouvrage de P. Horowitz et W. Hill. Specialists are well aware of active component circuits called current mirrors, which exist in several varieties, for example the elementary current mirror with two transistors, or the Wilson current mirror using three transistors. Some of these current mirrors are for example described in chapter 2 (pages 71 to 74) of the said work by P. Horowitz and W. Hill.
Les spécialistes savent aussi que les circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant ont des limitations, et notamment la plage de valeurs de tension à leur sortie, dans laquelle leur impédance dynamique reste suffisamment élevée, c'est-à-dire dans laquelle le courant qu'ils délivrent en sortie est bien indépendant de la tension de sortie. Specialists also know that circuits whose output behaves approximately as a current source have limitations, and in particular the range of voltage values at their output, in which their dynamic impedance remains sufficiently high, that is to say in which the current which they deliver at output is quite independent of the output voltage.
Selon l'invention, le dit dispositif d'alimentation auxiliaire doit présenter entre ses bornes de sorties une ou plusieurs tensions approximativement continues. Les spécialistes savent obtenir des tensions approximativement continues à partir de la sortie de circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant. Si le ou les courants consommés par les dits circuits réalisant la dite amplification avec une haute impédance d'entrée ne sont pas eux-mêmes suffisamment constants, ils savent qu'il sera nécessaire de disposer d'un ou plusieurs circuits régulateurs de tension. According to the invention, said auxiliary supply device must have between its output terminals one or more approximately continuous voltages. Specialists know how to obtain approximately continuous voltages from the output of circuits whose output behaves approximately as a current source. If the current or currents consumed by said circuits carrying out said amplification with a high input impedance are not themselves sufficiently constant, they know that it will be necessary to have one or more voltage regulator circuits.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation auxiliaire comporte, pour une ou plusieurs de ses bornes de sortie, un circuit régulateur de tension. The method according to the invention can be characterized in that said auxiliary supply device comprises, for one or more of its output terminals, a voltage regulator circuit.
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Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation auxiliaire comporte, pour chacune de ses bornes de sortie autre que celle connectée au dit noeud à basse impédance par rapport à la référence, un circuit régulateur de tension shunt connecté entre cette borne et ce dit noeud. Un circuit régulateur de tension shunt est par exemple réalisé avec une simple diode zener, ou avec la mise en oeuvre d'un circuit intégré tel qu'un régulateur shunt de précision. The method according to the invention can be characterized in that said auxiliary supply device comprises, for each of its output terminals other than that connected to said node at low impedance relative to the reference, a shunt voltage regulator circuit connected between this terminal and this said node. A shunt voltage regulator circuit is for example produced with a simple zener diode, or with the implementation of an integrated circuit such as a precision shunt regulator.
Le spécialiste voit bien qu'il peut, par exemple grâce à des circuits régulateurs shunt, d'une part disposer aux bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire de plusieurs tensions approximativement continues, et d'autre part disposer, par l'utilisation d'un ou de plusieurs circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant, circuits qui fournissent en sortie le courant passant dans les régulateurs shunt, d'une haute impédance par rapport à la référence, bien que la puissance d'alimentation parvenant en entrée aux circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant provienne du dispositif d'alimentation principal connecté à la référence. The specialist sees that he can, for example by means of shunt regulating circuits, on the one hand dispose at the output terminals of the auxiliary supply device of several approximately continuous voltages, and on the other hand dispose, by the use of one or more circuits whose output behaves approximately as a current source, circuits which output the current passing through the shunt regulators, of a high impedance compared to the reference, although the power supply arriving at the input of circuits whose output behaves approximately as a current source comes from the main power supply device connected to the reference.
Toutefois, les circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant, du fait de leurs limitations évoquées plus haut, ne pourraient généralement pas fournir un courant indépendant de la tension de mode commun si elle prenait une valeur absolue trop élevée. Cependant, comme la majeure partie d'une tension de mode commun prenant à certains instants une valeur absolue élevée est habituellement une tension périodique, les spécialistes voient que, s'il s'avère nécessaire dans un tel cas de toujours disposer aux bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire de plusieurs tensions bien continues, il sera possible d'obtenir ce résultat en incorporant dans le dispositif d'alimentation auxiliaire un ou plusieurs éléments réactifs capables de stocker suffisamment d'énergie. Par exemple, le spécialiste comprend qu'un ou plusieurs condensateurs peuvent être utilisés pour qu'il soit possible de maintenir entre les bornes de sorties du dispositif d'alimentation auxiliaire des tensions approximativement continues, si la capacité de ce ou ces However, circuits whose output behaves approximately as a current source, because of their limitations mentioned above, generally could not provide a current independent of the common mode voltage if it took an absolute value too high. However, since the major part of a common mode voltage taking at certain times a high absolute value is usually a periodic voltage, the specialists see that, if it proves necessary in such a case to always have at the output terminals of the auxiliary supply device of several well-continuous voltages, it will be possible to obtain this result by incorporating into the auxiliary supply device one or more reactive elements capable of storing sufficient energy. For example, the specialist understands that one or more capacitors can be used so that it is possible to maintain between the output terminals of the auxiliary power supply device approximately continuous voltages, if the capacity of this or these
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condensateurs est suffisante pour qu'ils conservent une charge suffisante au terme d'une demi-période de la dite tension périodique. Ce ou ces condensateurs pourraient être par exemple chargés par le courant issus des circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant. capacitors is sufficient for them to retain a sufficient charge after half a period of said periodic voltage. This or these capacitors could for example be charged by the current coming from the circuits whose output behaves approximately like a current source.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation auxiliaire comporte un ou plusieurs condensateurs à la sortie des dits circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant. The method according to the invention can be characterized in that said auxiliary supply device comprises one or more capacitors at the output of said circuits, the output of which behaves approximately as a current source.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation auxiliaire comporte, pour chacune de ses bornes de sortie autre que celle connectée au dit noeud à basse impédance par rapport à la référence, d'au moins un condensateur connecté entre cette borne et ce dit noeud. The method according to the invention can be characterized in that said auxiliary supply device comprises, for each of its output terminals other than that connected to said node at low impedance relative to the reference, at least one capacitor connected between this terminal and this said node.
On note que, bien que chacune des bornes de sortie du dit dispositif d'alimentation auxiliaire présente une haute impédance par rapport à la référence, les noeuds auxquels ces bornes sont reliées présentent une basse impédance par rapport à la référence, car : - premièrement le dit dispositif d'alimentation auxiliaire présente entre ses bornes de sorties une ou plusieurs tensions approximativement continues, - et deuxièmement l'une de ses bornes de sortie est connectée à un point à basse impédance par rapport à la référence. It is noted that, although each of the output terminals of said auxiliary supply device has a high impedance with respect to the reference, the nodes to which these terminals are connected have a low impedance with respect to the reference, because: - firstly the said auxiliary supply device has between its output terminals one or more approximately continuous voltages, - and secondly one of its output terminals is connected to a point with low impedance with respect to the reference.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que le dit noeud à basse impédance par rapport à la référence, noeud dont la tension est, dans une certaine bande de fréquences, à chaque instant très voisine de la tension de mode commun à l'entrée, est la sortie d'un amplificateur opérationnel utilisé dans un circuit tel que la tension de cette sortie soit proportionnelle à la demi-somme des tensions issues de la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée et appliquée en entrée de la dite amplification différentielle. Les spécialistes savent bien réaliser des circuits de ce type. The method according to the invention can be characterized in that the said node with low impedance with respect to the reference, node whose voltage is, in a certain frequency band, at each instant very close to the common mode voltage at l input, is the output of an operational amplifier used in a circuit such that the voltage of this output is proportional to the half-sum of the voltages from said first amplification with a high input impedance and applied to the input of the called differential amplification. Specialists know well how to make circuits of this type.
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Les spécialistes savent bien qu'il est souvent nécessaire de prévoir un filtrage à l'entrée d'un dispositif comportant des amplificateurs, de façon à éliminer le plus possible les perturbations électromagnétiques en dehors de la bande passante souhaitée. Ces filtres sont normalement réalisés avec des composants passifs. Il est également souvent utile de prévoir des dispositifs d'écrêtage capables d'éliminer des impulsions de forte amplitude. De nombreux type de filtres et de dispositifs d'écrêtage existent, et sont connus des spécialistes en compatibilité électromagnétique. Specialists are well aware that it is often necessary to provide filtering at the input of a device comprising amplifiers, so as to eliminate as much as possible the electromagnetic disturbances outside the desired bandwidth. These filters are normally made with passive components. It is also often useful to provide clipping devices capable of eliminating high amplitude pulses. Many types of filters and clipping devices exist, and are known to specialists in electromagnetic compatibility.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée soit précédée d'un filtrage et/ou d'un écrêtage des signaux présents sur la borne d'entrée positive et sur la borne d'entrée négative. The method according to the invention can be characterized in that said first amplification with a high input impedance is preceded by filtering and / or clipping of the signals present on the positive input terminal and on the terminal negative input.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée procure, dans sa bande passante, un gain en tension voisin de l'unité entre l'une quelconque de ses entrées et la sortie correspondante. The method according to the invention can be characterized in that said first amplification with a high input impedance provides, in its bandwidth, a voltage gain close to the unit between any of its inputs and the output corresponding.
Le procédé selon l'invention peut être caractérisé en ce que la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée procure, dans sa bande passante, un gain en tension strictement supérieur à l'unité pour les signaux en mode différentiel et un gain en tension voisin de l'unité pour les signaux en mode commun. Les spécialistes savent obtenir ce résultat, comme il a été dit à propos du second dispositif connu. The method according to the invention can be characterized in that said first amplification with a high input impedance provides, in its bandwidth, a voltage gain strictly greater than unity for the signals in differential mode and a gain in voltage close to the unit for signals in common mode. Specialists know how to achieve this result, as has been said about the second known device.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode particulier de réalisation d'un dispositif selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur le schéma de la figure 1. Dans ce schéma, la borne d'entrée positive (12) et la borne d'entrée négative (11) sont directement reliées au dispositif (20) assurant la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée, qui procure, dans sa bande passante, un gain en tension voisin de l'unité entre l'une Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of a particular embodiment of a device according to the invention, given by way of nonlimiting example and represented in the diagram of FIG. 1. In this diagram, the positive input terminal (12) and the negative input terminal (11) are directly connected to the device (20) ensuring the said first amplification with a high input impedance, which provides, in its band pass, a voltage gain close to unity between one
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quelconque de ses entrées et la sortie correspondante, et est constitué de deux amplificateurs opérationnels (21) (22). La tension de sortie apparaît entre la borne de sortie (13) et la borne de référence (14). La puissance d'alimentation provient d'un dispositif d'alimentation principal (100) approximativement équivalent à deux générateurs (101) (102) de tension continue ayant chacun une borne connectée à un noeud appelé référence. A titre d'exemple non limitatif, ces générateurs peuvent par exemple chacun fournir une tension voisine de 20 V. Après la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée de chacun des signaux présents sur la borne d'entrée positive et sur la borne d'entrée négative, l'amplification différentielle des deux signaux ainsi amplifiés est assurée par un amplificateur différentiel (30) selon le premier dispositif connu, constitué d'un amplificateur opérationnel (31) et de quatre résistances (32) (33) (34) (35). any of its inputs and the corresponding output, and consists of two operational amplifiers (21) (22). The output voltage appears between the output terminal (13) and the reference terminal (14). The power supply comes from a main supply device (100) approximately equivalent to two generators (101) (102) of direct voltage each having a terminal connected to a node called reference. By way of nonlimiting example, these generators can for example each supply a voltage close to 20 V. After the said first amplification with a high input impedance of each of the signals present on the positive input terminal and on the terminal negative input, the differential amplification of the two signals thus amplified is provided by a differential amplifier (30) according to the first known device, consisting of an operational amplifier (31) and four resistors (32) (33) (34 ) (35).
Les amplificateurs opérationnels (21) (22) réalisant la dite amplification avec une haute impédance d'entrée sont uniquement alimentés par leur connexion à deux des trois bornes de sortie d'un dispositif d'alimentation auxiliaire constitué de deux miroir de courant de Wilson (61) (62), de deux diodes (63) (64), de deux circuits régulateurs de tension shunt constitués d'une simple diode zener (65) (66), de deux condensateurs (67) (68), et d'une résistance (69). Ce dispositif d'alimentation auxiliaire reçoit la puissance électrique par la connexion de ses bornes d'entrée au dit dispositif d'alimentation principal (100), et il n'assure pas d'isolation galvanique entre ses deux bornes d'entrée, qui sont branchées à la borne positive et à la borne négative du dispositif d'alimentation principal (100), et ses trois bornes de sortie, qui sont respectivement la cathode d'une des diodes (63), l'anode de l'autre (64), et le point commun des deux diodes zener (65) (66). Il est donc clair que le dit dispositif d'alimentation auxiliaire contient deux circuits dont la sortie se comporte approximativement comme une source de courant, chacun d'eux utilisant un ou plusieurs composants actifs. Il est également clair que les bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire présentent une haute impédance par rapport à chacune de ses bornes d'entrée. The operational amplifiers (21) (22) performing said amplification with a high input impedance are only supplied by their connection to two of the three output terminals of an auxiliary supply device constituted by two Wilson current mirrors ( 61) (62), two diodes (63) (64), two shunt voltage regulator circuits consisting of a single zener diode (65) (66), two capacitors (67) (68), and a resistance (69). This auxiliary supply device receives electrical power by connecting its input terminals to said main supply device (100), and it does not provide galvanic isolation between its two input terminals, which are connected to the positive terminal and the negative terminal of the main power supply device (100), and its three output terminals, which are respectively the cathode of one of the diodes (63), the anode of the other (64 ), and the common point of the two zener diodes (65) (66). It is therefore clear that the said auxiliary supply device contains two circuits, the output of which behaves approximately as a current source, each of them using one or more active components. It is also clear that the output terminals of the auxiliary supply device have a high impedance with respect to each of its input terminals.
Cette caractéristique permet de faire en sorte que le point commun des deux diodes zener (65) (66), qui est une des bornes de sortie du dispositif d'alimentation auxiliaire, puisse avoir This characteristic makes it possible that the common point of the two zener diodes (65) (66), which is one of the output terminals of the auxiliary supply device, can have
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son potentiel aisément commandé par un quatrième amplificateur opérationnel (53) alimenté par le dispositif d'alimentation principal (100), amplificateur opérationnel dont l'entrée est relié par des résistances (51) (52) aux bornes de sortie du dispositif (20) assurant la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée. On voit donc qu'en choisissant des résistances de même valeur, l'ensemble de ces deux résistances (51) (52) et de cet amplificateur opérationnel (53) constitue un circuit (50) à la sortie duquel on trouve une basse impédance par rapport à la référence, et une tension qui est, dans une certaine bande de fréquences, à chaque instant très voisine de la tension de mode commun à l'entrée. Le spécialiste voit aussi que le dit dispositif d'alimentation auxiliaire présente entre ses bornes de sorties des tensions approximativement continues, dont les valeurs sont déterminées par un choix convenable des diodes zener (65) (66). A titre d'exemple, la tension de régulation de ces éléments pourra être de 15 V. Le courant fourni par les miroirs de courant est évidemment déterminé par la résistance (69). Le spécialiste voit bien qu'en présence d'une faible tension de mode commun, les deux miroirs de courant pourront simultanément fournir le courant programmé par cette résistance (69), mais que par contre, en présence d'une tension de mode commun alternative d'amplitude plus élevée, chacun des miroirs de courant serait à certains instants dans l'impossibilité de délivrer du courant. Les condensateurs (67) (68) ont donc pour rôle de maintenir la tension à leurs bornes suffisamment stable pendant ces instants. Pendant les périodes où un miroir de courant peut fournir le courant pour lequel il est programmé, le spécialiste voit donc que celui-ci devra être à la fois suffisant pour charger un des condensateurs, et alimenter les deux amplificateurs opérationnels (21) (22). Le courant traversant la résistance (69) pourra être donc pris un peu supérieur au double de celui consommé par ces deux amplificateur opérationnels. Les spécialistes voient aussi que les capacités des condensateurs seront choisies en fonction de ce courant consommé, et de la plus basse fréquence de tension de mode commun pour laquelle il sera souhaité qu'ils puissent stoker suffisamment d'énergie. its potential easily controlled by a fourth operational amplifier (53) supplied by the main supply device (100), an operational amplifier whose input is connected by resistors (51) (52) to the output terminals of the device (20) ensuring said first amplification with a high input impedance. We therefore see that by choosing resistors of the same value, all of these two resistors (51) (52) and this operational amplifier (53) constitute a circuit (50) at the output of which there is a low impedance by compared to the reference, and a voltage which is, in a certain frequency band, at each instant very close to the common mode voltage at the input. The specialist also sees that said auxiliary supply device has approximately continuous voltages between its output terminals, the values of which are determined by a suitable choice of zener diodes (65) (66). For example, the regulation voltage of these elements could be 15 V. The current supplied by the current mirrors is obviously determined by the resistor (69). The specialist sees that in the presence of a low common mode voltage, the two current mirrors can simultaneously supply the current programmed by this resistor (69), but that on the other hand, in the presence of an alternative common mode voltage of higher amplitude, each of the current mirrors would at times be unable to deliver current. The role of the capacitors (67) (68) is therefore to keep the voltage at their terminals sufficiently stable during these times. During the periods when a current mirror can supply the current for which it is programmed, the specialist therefore sees that this must be both sufficient to charge one of the capacitors, and supply the two operational amplifiers (21) (22) . The current passing through the resistor (69) could therefore be taken a little more than twice that consumed by these two operational amplifiers. The specialists also see that the capacities of the capacitors will be chosen as a function of this current consumed, and of the lowest common mode voltage frequency for which it will be desired that they can store sufficient energy.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon A device for implementing the method according to
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l'invention peut donc être caractérisé en ce qu'il met en oeuvre quatre amplificateurs opérationnels et deux miroirs de courant. the invention can therefore be characterized in that it implements four operational amplifiers and two current mirrors.
Le spécialiste comprend que l'invention constitue une nouvelle application du concept de technique bootstrap, utilisée pour faire en sorte que des circuits d'amplification recevant un signal différentiel ne subissent pas d'effet de la tension de mode commun à l'entrée, comme il a été dit plus haut du troisième dispositif connu. Par conséquent un dispositif selon l'invention peut présenter des performances aussi bonnes que celles du dit troisième dispositif connu, avec un coût et un encombrement moindres du fait de l'absence d'isolation galvanique. Les spécialistes noteront aussi que l'invention est différente de celle de William Shoemaker, décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique numéro 3,453,554 du 1er juillet 1969. The specialist understands that the invention constitutes a new application of the concept of bootstrap technique, used to ensure that amplification circuits receiving a differential signal do not suffer from the effect of the common mode voltage at the input, such as it has been said above of the third known device. Consequently, a device according to the invention can have performances as good as those of said third known device, with a lower cost and size due to the absence of galvanic insulation. Specialists will also note that the invention is different from that of William Shoemaker, described in United States patent number 3,453,554 of July 1, 1969.
Le spécialiste a bien noté que, sur l'exemple de la figure 1, n'apparaissent pas de résistances de polarisation de l'entrée de l'amplificateur assurant la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée. Si les amplificateurs opérationnels (21) (22) ont un courant de polarisation non négligeable, le circuit de la figure 1 ne fonctionnera correctement que si la source de signaux différentiels à laquelle il sera connecté peut être traversée par ce courant continu. Certaines sources de signaux différentiels n'ayant pas cette propriété, il pourrait s'avérer utile dans certains cas de prévoir l'adjonction de résistances de polarisation, qui auront malheureusement l'effet néfaste d'abaisser l'impédance d'entrée. The specialist has noted that, in the example of FIG. 1, there do not appear any polarization resistances of the input of the amplifier ensuring the said first amplification with a high input impedance. If the operational amplifiers (21) (22) have a non-negligible bias current, the circuit of FIG. 1 will only function correctly if the source of differential signals to which it will be connected can be crossed by this direct current. As some sources of differential signals do not have this property, it might prove useful in some cases to provide for the addition of bias resistors, which will unfortunately have the harmful effect of lowering the input impedance.
Un dispositif selon l'invention peut être caractérisé en ce qu'il utilise la technique bootstrap pour faire en sorte que la ou les résistances de polarisation de l'entrée de l'amplificateur assurant la dite première amplification avec une haute impédance d'entrée ne réduisent pas trop cette impédance d'entrée dans une certaine bande de fréquences. Comme il a été dit plus haut, les spécialistes maîtrisent bien cette technique et plusieurs dispositifs sont connus pour l'appliquer aux récepteurs de signaux différentiels. A device according to the invention can be characterized in that it uses the bootstrap technique to ensure that the bias resistance or resistances of the input of the amplifier ensuring the said first amplification with a high input impedance does not not reduce this input impedance too much in a certain frequency band. As mentioned above, specialists have a good grasp of this technique and several devices are known to apply it to receivers of differential signals.
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On note que, dans l'exemple de la figure 1, la sortie est un accès constitué de deux bornes (13) (14), l'une étant la référence. Ceci n'est nullement une caractéristique de l'invention. A titre d'un autre exemple non limitatif, la sortie d'un récepteur de signaux différentiels selon l'invention pourrait être différentielle et équilibrée. Les spécialistes voient qu'un tel dispositif pourrait par exemple utiliser cinq amplificateurs opérationnels, au lieu de quatre dans le schéma de la figure 1. Note that, in the example of Figure 1, the output is an access consisting of two terminals (13) (14), one being the reference. This is by no means a feature of the invention. As another nonlimiting example, the output of a differential signal receiver according to the invention could be differential and balanced. Specialists see that such a device could for example use five operational amplifiers, instead of four in the diagram in FIG. 1.
Un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention peut être réalisé sous la forme d'un circuit intégré regroupant la plus grande partie ou la totalité des circuits, éventuellement entouré de quelques composants extérieurs. Par exemple, le dispositif de la figure 1 peut, mis à part le dispositif d'alimentation principal et les condensateurs (67) et (68), être réalisé sous la forme d'un unique circuit intégré monolithique. A device for implementing the invention can be produced in the form of an integrated circuit grouping together most or all of the circuits, possibly surrounded by a few external components. For example, the device of FIG. 1 can, apart from the main supply device and the capacitors (67) and (68), be produced in the form of a single monolithic integrated circuit.
L'invention peut être appliquée à la réception des signaux analogiques différentiels. L'invention peut par exemple être appliquée à la réception des signaux analogiques audio différentiels. On notera que l'invention convient aussi à la réception de certains signaux ne provenant pas de sources différentielles équilibrées et/ou de certains signaux n'ayant pas été propagés sur des liaisons équilibrées. The invention can be applied to the reception of differential analog signals. The invention can for example be applied to the reception of differential audio analog signals. It will be noted that the invention is also suitable for the reception of certain signals not originating from balanced differential sources and / or certain signals which have not been propagated over balanced links.
Plus généralement l'invention convient à la plupart des applications des amplificateurs différentiels à forte réjection de mode commun, et notamment à certaines applications de mesure et certaines applications aux radiofréquences. On peut par exemple appliquer l'invention à des applications à basses fréquences comme la réception de signaux provenant de thermocouples ou de jauges de contrainte, et à des applications à large bande passante comme les sondes différentielles pour oscilloscopes. More generally, the invention is suitable for most applications of differential amplifiers with high common mode rejection, and in particular for certain measurement applications and certain applications at radio frequencies. It is possible, for example, to apply the invention to low frequency applications such as the reception of signals from thermocouples or strain gauges, and to wide bandwidth applications such as differential probes for oscilloscopes.
L'invention peut aussi être appliquée à la réception des signaux numériques différentiels, par exemple des signaux rapides dont le débit de décision dépasse 100 megabit/s, et qui sont propagés sur des liaisons équilibrées. The invention can also be applied to the reception of differential digital signals, for example fast signals whose decision rate exceeds 100 megabit / s, and which are propagated over balanced links.
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| FR2841408A1 true FR2841408A1 (en) | 2003-12-26 |
| FR2841408B1 FR2841408B1 (en) | 2006-05-05 |
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ID=29720046
Family Applications (1)
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| FR0207888A Expired - Fee Related FR2841408B1 (en) | 2002-06-25 | 2002-06-25 | METHOD AND DEVICE FOR RECEIVING DIFFERENTIAL SIGNALS WITH STRONG REJECTION OF THE COMMON MODE |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3423689A (en) * | 1965-08-19 | 1969-01-21 | Hewlett Packard Co | Direct current amplifier |
| US5859564A (en) * | 1995-09-27 | 1999-01-12 | Lucent Technologies Inc. | Differential amplifier circuit for use in a read channel for a magnetic recording system |
-
2002
- 2002-06-25 FR FR0207888A patent/FR2841408B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3423689A (en) * | 1965-08-19 | 1969-01-21 | Hewlett Packard Co | Direct current amplifier |
| US5859564A (en) * | 1995-09-27 | 1999-01-12 | Lucent Technologies Inc. | Differential amplifier circuit for use in a read channel for a magnetic recording system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2841408B1 (en) | 2006-05-05 |
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20080229 |