FR2793970A1

FR2793970A1 - Procede de commande d'un commutateur d'un dispositif de capacite commutee, et dispositif de capacite commutee correspondant

Info

Publication number: FR2793970A1
Application number: FR9906424A
Authority: FR
Inventors: Pierre Olivier Jouffre; Isabelle Telliez; Frederic Paillardet
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: FR2793970B1; US6249154B1

Abstract

Le commutateur SW comportant au moins un transistor à effet de champ à grille isolée, on délivre un signal d'entrée analogique Vin sur la source S du transistor SW et on commande le transistor sur sa grille G au rythme d'un signal d'horloge CKS de façon à le rendre successivement passant et bloqué. A l'issue de chaque demi-période PB du signal d'horloge CKS pendant laquelle le transistor est bloqué, on précharge au début de la demi-période suivante PC et pendant une durée de précharge prédéterminée, un condensateur de précharge CP avec une tension de précharge prédéterminée V, puis pendant la durée restante DR de ladite demi-période PC on connecte ledit condensateur préchargé CP entre la source S et la grille G du transistor SW de façon à le rendre passant sous l'action d'une tension grille-source quasiment indépendante du niveau du signal d'entrée Vin, et à la fin de ladite demi-période PC, on relie la grille du transistor SW et ledit condensateur de précharge CP à la masse.

Description

Procédé de commande d'un commutateur d'un dispositif de capacité commutée, et dispositif de capacité commutée correspondant. L'invention concerne la commande d'un commutateur, en particulier un transistorà effet de champà grille isolée (transistor MOS), destinéà transmettre un signal analogique en prenant successivement des états passants et bloqués.

L'invention s'applique notammentà la commande d'un tel commutateur d'un dispositif de capacité commutée, et en particulierà ceux présents en entrée de convertisseurs analogique -numérique.

Un commutateur MOS analogique, c'est-à-dire un commutateur MOS destinéà transmettre des signaux analogiques, consiste généralement dans des mises successives du transistor MOS dans son état passant ou bloqué(ON ou OFF) en le polarisant suffisamment pour que sa résistance drain-source dans l'état passant (communément désigné par l'homme du métier sous le vocable Ron) soit faible vis-à-vis de la capacité de charge (capacité commutée) connectée sur son drain, et de la fréquence du signal analogiqueà transmettre. Pour qu'un transistor MOS soit passant,il faut au minimum que la différence de tension grille-source dépasse la valeur de seuil Vt du transistor. Par conséquent, le signal analogiqueà transmettre ne peut pas dépasser la tension d'alimentation du système diminuée de cette tension de seuil.

Par ailleurs, le fait que la tension analogique d'entrée module la tension grille-source du transistor, implique que la résistance Ron varie avec le niveau, c'est-à-dire l'amplitude, du signal.

Si cette variation n'est que très peu gênanteà basse fréquence, elle devient très vite perturbatrice et génératrice de distorsionsà fréquence plus haute, par exempleà des fréquences de l'ordre de la centaine de MHz, surtout si l'on veut associerà cette fréquence élevée, une forte résolution, par exemple10 bits dans une application de convertisseur analogique -numérique.

En d'autres termes, la distorsion, provoquée par la variation de la résistance Ron, se traduit par une restitution du signal par le commutateur, non linéaire en amplitude et en phase. Et, cette distorsion est d'autant plus importante que l'amplitude du signal d'entrée est importante puisque la résistance R., est inversement proportionnelle au niveau du signal d'entrée. Une solution qui adéjà été envisagée consisteà commander le commutateur de façon numérique, c'est-à-dire avec un signal logique présentant un niveau haut et un niveau bas, et en utilisant un niveau haut particulièrement élevé, par exemple de l'ordre de deux fois la tension d'alimentation. Ceci permet de minimiser les variations de niveau du signal d'entrée, mais une telle solution n'est pas applicable aux technologies actuellement envisagées en microëlectronique, telles que les technologies0,25 micron ou0,18 micron, voire moins.

Des solutions de dimensionnement peuvent être également envisagées de façonà diminuer le produit Ron xC 1, oùC 1 désigne la valeur capacitive de la capacité de charge. Mais, dans la plupart des cas,C est imposé par d'autres contraintes de conception, telles que bruit et consommation, ce qui conduità la nécessité de diminuer Ron* Cependant, la diminution de cette résistance revientà augmenter la taille du transistor formant le commutateur, et doncà augmenter notamment les capacités parasites du dispositif.

L'invention viseà apporter une solution plus satisfaisanteà ces problèmes.

Un but de l'invention est de minimiser, voire de supprimer quasi totalement, les distorsions d'un signal analogique haute fréquence transmis au travers d'un commutateur, sans augmentation de la taille du transistor, et de façon parfaitement compatible avec une technologie de fabrication0,25 micron ou0,18 micron, voire moins.

L'invention propose donc un procédé de commande d'un commutateur d'un dispositif de capacité commutée, ce commutateur comportant au moins un transistorà effet de champà grille isolée, par exemple un transistor MOS à canalN. Selon ce procédé, on délivre un signal d'entrée analogique sur la source du transistor et on commande le transistor sur sa grille au rythme d'un signal d'horloge, de façonà le rendre successivement passant et bloqué.

Selon une caractéristique générale de l'invention,à l'issue de chaque demi-période du signal d'horloge pendant laquelle le transistor est bloqué, on précharge au début de la demi-période suivante (dite demi- période de conduction) et pendant une durée de précharge prédéterminée, un condensateur de précharge avec une tension de précharge prédéterminée, puis, pendant la durée restante de ladite demi-période de conduction, on connecte ledit condensateur préchargé entre la source et la grille du transistor formant le commutateur, de façonà le rendre passant sous l'action d'une tension grille-source quasiment indépendante du niveau du signal d'entrée. Puis,à la fin de ladite demi-période, on relie la grille du transistor et ledit condensateur de précharge à la masse.

En d'autres termes, on ne commande pas le transistor MOS du commutateur de façon numérique, c'est-à-dire avec un signal logique de commande ayant un état haut (par exemple la tension d'alimentation Vdd) et un état bas (par exemple la masse), mais en utilisant une tension de commande grille-source flottante et quasiment indépendante de la tension du signal d'entrée; cette tension flottante étant obtenue en connectant entre la grille et la source du transistor MOS, un condensateur préalablement préchargé avec une tension de précharge prédéterminée.

L'homme du métier saura ajuster la durée de précharge du condensateur de précharge, et par conséquent la durée restante de la demi- période de conduction en fonction de l'efficacité recherchée compte tenu de l'application envisagée. En effet, il convient que le dispositif de capacité commutée soit établi pendant une durée suffisante (lors de la demi-période pendant laquelle le commutateur est passant) pour que le dispositif soit considéré comme statique vis-à-vis du produit RO.Cl, où CI désigne la valeur capacitive de la capacité de charge (capacité commutée) connectée en sortie du commutateur.A titre indicatif, plus la fréquence de transmission est élevée et plus la résolution recherchée est importante, plus la demi-durée restante de la demi-période de conduction devra être longue. Il aà cet égard été observé qu'une durée restante de la demi- période de conduction au moins égaleà 1,5 fois la constante de temps RonC 1 du circuit résistif capacitif formée par la résistance drain-source du transistor dans son état passant et par ladite capacité commutée, constituait un minimum en-deçà duquel l'efficacité recherchée par l'invention diminuait fortement. En outre, il a étéjugé préférable que cette durée restante de la demi-période de conduction soit au moins égaleà trois ou quatre fois ladite constante de temps, ce qui permet notamment d'obtenir des résultats satisfaisants avec une fréquence de signal d'entrée de l'ordre de quelques centaines de MHz et une résolution de l'ordre de10 à 12bits, et avec un signal d'horloge ayant une fréquence de50 MHz, fréquence correspondantà la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique-numérique.

Par ailleurs,à l'issue de la durée de précharge, lorsque le condensateur de précharge est connecté flottant entre la source et la grille du transistor du commutateur, la tension grille-source est égaleà la tension de précharge dans le cas où le système est exempt de capacité parasite globale.

Ceci étant, en pratique, cette capacité parasite globale existe et est plus particulièrement formée par la capacité grille-source du transistor et par la capacité parasite existant entre la masse et la borne commune au condensateur de précharge età la grille du transistor du commutateur. Cette capacité parasite globale a pour conséquence, lors de la redistribution des chargesà l'issue de la durée de précharge, de conduireà une tension grille-source du transistor inférieureà la tension de précharge.

L'homme du métier saura ajuster la valeur de la tension de précharge de façonà ce que la tension grille-source lors du basculementà l'issue de la durée de précharge, reste supérieureà la tension de seuil du transistor formant le commutateur (de façonà ce qu'il soit passant) compte tenu de la valeur de la capacité parasite et de la capacité grille-source du transistor. En pratique, on pourra avantageusement choisir une tension de précharge au moins égaleà deux fois la tension de seuil du transistor.

Le procédé selon l'invention s'applique aussi bien dans une variante dans laquelle le dispositif de capacité commutée ne comporte qu'une entrée pour recevoir le signal d'entrée, que dans une variante utilisant un mode différentiel, c'est-à-dire dans laquelle le signal d'entrée a une composante directe et une composante complémentée symétrique par rapportà une tension de mode commun.

Plus précisément, dans la varianteà une seule entrée, pendant la durée de précharge, on connecte une première borne du condensateur de précharge à la tension de précharge ainsi qu'à la grille du transistor formant le commutateur, et on connecte une deuxième borne du condensateur de précharge à la masse. Et,à l'issue de la durée de précharge, c'est-à-dire pendant ladite durée restante de la demi-période de conducteur, on déconnecte la deuxième borne du condensateur de précharge de la masse et on la connecteà la source du transistor, et on déconnecte la première borne du condensateur de précharge de ladite tension de précharge.

Dans cette variante de mise en oeuvre à entrée unique, il est encore préférable, toujours dans le but de minimiser davantage les variations du signal d'entrée sur la tension grille-source du transistor, de choisir un condensateur de précharge dont la valeur capacitive soit largement supérieure, par exemple deuxà trois fois supérieure,à la somme de ladite capacité parasite et de la capacité grille-source du transistor formant le commutateur. En effet, si tel n'était pas le cas, on serait en présence d'un pont diviseur capacitif provoquant des variations sur la tension grille-source dues aux variations du signal d'entrée et par conséquent des distorsions possibles, qui peuvent s'avérer gênantes dans certaines applications.

La variante de mise en oeuvre utilisant le mode différentiel està cet égard particulièrement avantageuse car il est possible de compenser totalement cet effet capacitif parasite lors de la redistribution des charges, en modulant la tension de précharge par l'entrée complémentée du signal d'entrée.

Plus précisément, dans un tel mode de mise en oeuvre, le commutateur comporte alors deux transistorsà effet de champà grille isolée dont les sources sont reliées ensemble et dont les grilles sont reliées ensemble. On délivre alors avantageusement la composante directe du signal d'entrée sur la source de chaque transistor. En outre, pendant la durée de précharge, on connecte la première borne du condensateur de précharge à une tension d'alimentation ainsi qu'à la grille de chaque transistor du commutateur, et on délivre la composante complémentée à une deuxième borne du condensateur de précharge. A l'issue de la durée de précharge, c'est-à-dire pendant ladite durée restante de la demi-période de conduction, on déconnecte la deuxième borne du condensateur de précharge de ladite composante complémentée et on la relieà la source de chaque transistor du commutateur. On déconnecte la première borne du condensateur de précharge de ladite tension d'alimentation. Enfin, afin de supprimer complètement cet effet capacitif parasite lors de la redistribution des charges, la valeur capacitive du condensateur de précharge est avantageusement en prise égaleà la somme de la valeur capacitive de la capacité grille-source de chaque transistor du commutateur et de la valeur capacitive de la capacité parasite existant entre la deuxième borne du condensateur de précharge et la masse.

Ceci étant, une fois la redistribution des charges effectuéeà l'issue de la durée de précharge, il reste tout de même dans la varianteà entrée unique ou dans la variante différentielle, une modulation parasite de la tension grille-source par le signal d'entrée, en raison de la capacité parasite évoquée ci-avant. Cependant, cette modulation est toutefois du deuxième ordre et elle reste très faible car la capacité parasite, qui est principalement une capacité de routage technologique, reste en pratique très faible vis-à-vis de la somme de la valeur capacitive du condensateur de précharge et de la valeur capacitive de la capacité grille-source du transistor.

L'invention a également pour objet un dispositif de capacité commutée, comprenant au moins une borne d'entrée pour recevoir un signal d'entrée analogique, un commutateur comportant au moins un transistorà effet de champà grille isolée dont la source est reliéeà la borne d'entrée, une capacité de charge connectée au drain du transistor, et des moyens de commande aptesà commander le transistor sur sa grille au rythme d'un signal d'horloge de façonà le rendre successivement passant et bloqué.

Selon une caractéristique générale de l'invention, les moyens de commande comprennent un condensateur de précharge et des moyens de précharge aptes,à l'issue de chaque demi-période du signal d'horloge pendant laquelle le transistor est bloqué,à précharger le condensateur de précharge au début de la demi-période suivante (dite demi-période de conduction) et pendant une durée de précharge prédéterminée, avec une tension de précharge prédéterminée. Les moyens de commande comprennent également des premiers moyens de connexion aptes, pendant la durée restante de la demi-période de conduction,à connecter ledit condensateur préchargé entre la source et la grille du transistor du commutateur de façonà le rendre passant sous l'action d'une tension grille-source quasiment indépendante du niveau du signal d'entrée. Les moyens de commande comportent également des deuxièmes moyens de connexion aptes,à la fin de ladite demi-période de conduction,à relier la grille du transistor et ledit condensateur de précharge à la masse.

Selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel le dispositif ne comporte qu'une seule borne d'entrée recevant le signal d'entrée, les moyens de précharge comportent: - un premier interrupteur connecté entre, d'une part, une borne d'alimentation reliéeà une tension d'alimentation et, d'autre part, une première borne du condensateur de précharge reliéeà la grille du transistor, - un deuxième interrupteur connecté entre la masse et une deuxième borne du condensateur de précharge, - un troisième interrupteur connecté entre la deuxième borne du condensateur de précharge et la source du transistor, - un quatrième interrupteur connecté entre la grille du transistor et la masse, et - des premiers moyens de contrôle aptesà fermer les premier et deuxième interrupteurs età ouvrir les troisième et quatrième interrupteurs pendant la durée de précharge. Les premiers moyens de connexion comportent avantageusement le troisième interrupteur et des deuxièmes moyens de contrôle aptesà ouvrir les premier, deuxième et quatrième interrupteurs et à fermer le troisième interrupteur pendant ladite durée restante de la demi- période de conduction.

Enfin, les deuxièmes moyens de connexion comportent le quatrième interrupteur et des troisièmes moyens de contrôle aptesà fermer le quatrième interrupteurà la fin de ladite demi-période de conduction.

Les différents interrupteurs sont avantageusement réalisées par des transistors MOS et les différents moyens de contrôle, qui ont été définis ici de manière fonctionnelle, sont par exemple réalisés sous forme de portes logiques de façon classique par des moyens de synthèse logique.

Dans un mode de réalisation du type différentiel, c'est-à-dire dans lequel le signal d'entrée comporte une composante directe et une composante complémentée symétrique par rapportà une tension de mode commun, le dispositif comporte avantageusement une première borne d'entrée recevant la composante directe du signal d'entrée et une deuxième borne d'entrée recevant la composante complémentée du signal d'entrée. Le commutateur comporte deux transistorsà effet de champà grille isolée dont les sources sont reliées ensembleà la première borne d'entrée et dont les grilles sont reliées ensemble.

Les moyens de précharge comportent - un premier interrupteur connecté entre, d'une part, une première borne d'alimentation reliéeà une tension d'alimentation et, d'autre part, une première borne du condensateur de précharge reliéeà la grille de chaque transistor, - un deuxième interrupteur connecté entre la deuxième borne d'entrée recevant la composante complémentée du signal d'entrée et une deuxième borne du condensateur de précharge, - un troisième interrupteur connecté entre la deuxième borne du condensateur de précharge et la source de chaque transistor, - un quatrième interrupteur connecté entre la grille de chaque transistor et la masse, et - des premiers moyens de contrôle aptesà fermer les premier et deuxième interrupteurs età ouvrir les troisième et quatrième interrupteurs pendant la durée de précharge.

Les premiers moyens de connexion comportent le troisième interrupteur et des deuxièmes moyens de contrôle aptesà ouvrir les premier, deuxième et quatrième interrupteurs età fermer le troisième interrupteur pendant ladite durée restante de la demi-période. Les deuxièmes moyens de connexion comportent le quatrième interrupteur et des troisièmes moyens de contrôle aptesà fermer le quatrième interrupteurà la fin de ladite demi-période.

La valeur capacitive du condensateur de précharge est prise alors égaleà la somme de la valeur capacitive de la capacité de grille- source de chaque transistor et de la valeur capacitive de la capacité parasite existant entre la première borne du condensateur de précharge et la masse. L'homme du métier sait qu'il se produit au passage d'un transistor MOS une chute de tension égaleà la tension de seuil de ce transistor. Aussi, la tension de précharge du condensateur de précharge subit-elle cette chute de tension par rapportà la tension appliquée en amont du premier interrupteur. Ceci étant, il est particulièrement avantageux dans certains cas de pouvoir précharger le condensateur de précharge en s'affranchissant de cette chute de tension, et ce, tout en évitant un claquage du transistor formant l'interrupteur.

C'est la raison pour laquelle un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, qui peut être réalisé avec la varianteà une entrée ou avec la varianteà deux entrées (mode différentiel) prévoit de disposer en amont du condensateur de précharge, un dispositif de surtension contrôlée. Plus précisément, selon ce mode de réalisation, le premier interrupteur comporte deux transistors (que l'on nomme ici transistors auxiliaires)à effet de champà grille isolée, connectés en parallèle. La grille d'un premier transistor auxiliaire est reliéeà une borne de commande apteà recevoir une tension de commande prédéterminée, par exemple la tension d'alimentation Vdd.

Les moyens de précharge comportent alors une source de tension auxiliaire réalisée par exemple par deux transistors MOS montés en diode, et délivrant une tension auxiliaire, par exemple une tension égaleà Vdd/2.

Les moyens de précharge comportent par ailleurs un cinquième interrupteur connecté entre la grille du deuxième transistor auxiliaire et la source de tension auxiliaire. Ils comportent également un condensateur auxiliaire connecté en série avec des moyens de retard (par exemple formé de deux inverseurs) entre la grille du deuxième transistor auxiliaire et la borne de commande. Les moyens de précharge comportent également des quatrièmes moyens de contrôle aptesà fermer le cinquième interrupteur pendant chaque demi-période de blocage de façonà appliquer ladite tension auxiliaire sur la grille du deuxième transistor auxiliaire, et charger par conséquent le condensateur auxiliaire. Les premiers moyens de contrôle sont alors aptesà ouvrir le cinquième interrupteur pendant la durée de précharge de façonà appliquer sur la grille du deuxième transistor auxiliaire une tension de grille retardée par rapportà la tension de commande et égaleà la somme de la tension de commande et de la tension auxiliaire, cette somme devant toutefois rester inférieureà la tension maximum technologique. Par ailleurs, bien entendu, cette somme doit également être supérieureà la somme de la tension d'alimentation et de la tension de seuil d'un transistor, de façonà précharger effectivement le condensateur de précharge avec la tension d'alimentation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrontà l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : _ la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre un chronogramme temporel relatif au fonctionnement du dispositif de la figure1 et est représentatif d'un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure3 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 4 illustre plus en détail un dispositif de surtension contrôlée applicableà l'un ou l'autre des deux modes de réalisation précédents; et - la figure5 illustre un chronogramme temporel montrant le fonctionnement du dispositif de surtension contrôlée.

Sur la figure1, la référenceCL désigne une capacité de charge commutée connectée entre la masse et le drainD d'un commutateur SW formé ici d'un transistor MOS à canalN. La sourceS de ce transistor SW forme une première borne d'entrée BEI du dispositif de capacité commutée destinéeà recevoir un signal d'entrée analogique Vin. Le drain du transistor SW forme la borne de sortieOUT du dispositif de capacité commutée délivrant le signal de sortie Vout.

Des moyens de commande MC, dont on va maintenant décrire plus en détail la structure et la fonctionnalité, vont successivement rendre passant et bloqué le transistor SW.

Ces moyens de commande MC comportent essentiellement un condensateur de précharge CP dont une première borneN est reliéeà une borne d'alimentation BA connectéeà la tension d'alimentation Vdd par l'intermédiaire d'un premier interrupteur TI formé d'un transistor MOS. La grille de ce transistor Tl forme une première borne de commande BC1 qui reçoit une tension de commande CK2 émise par un bloc de contrôle BLC. La deuxième borne B2 du condensateur de précharge CP est reliéeà la masse par l'intermédiaire d'un deuxième interrupteur T2, également formé d'un transistor MOS dont la grille est également commandée par le signal CK2.

La deuxième borne B2 du condensateur de précharge est par ailleurs connectéeà la source du commutateur SW par un troisième interrupteurT3, formé également d'un transistor MOS dont la grille forme une autre borne de commande BC4 recevant un autre signal de commande CK4 également émis par le bloc de contrôle BLC.

Le noeud N est un noeud communà la première borne du condensateur de précharge ainsi qu'à la grilleG du commutateur SW. Cette grilleG est également reliéeà la masse par l'intermédiaire d'un quatrième interrupteur T4 formé également d'un transistor MOS et dont la grille forme une autre borne de commande BC5 recevant un autre signal de commande PHI également émis par le bloc de contrôle BLC.

Ce bloc BLC, réalisé par exemple par synthèse logique sous forme de portes logiques, incorpore les différents moyens de contrôle selon l'invention qui ont été définis ci-avant de façon fonctionnelle.

Enfin, la référence CPAR désigne une capacité parasite (représentée en tiretés sur la figure1), disposée entre le noeud N et la masse, cette capacité parasite étant essentiellement une capacité de routage technologique. On se réfère maintenant plus particulièrementà la figure 2, pour illustrer le fonctionnement du dispositif de la figure1.

Sur cette figure 2, la référence CKS désigne un signal d'horloge système ayant par exemple une fréquence de50 MHz et comportant des demi-périodes de blocage PB au cours desquelles le commutateur SW est bloqué (commutateur ouvert) alternées avec des demi-périodes PC dites de conduction, au cours desquelles les moyens de commande MC du dispositif selon l'invention vont rendre le commutateur SW passant (commutateur fermé).

Le signal CKS est reçu par le bloc BLC qui élabore les différents signaux CK2, CK4, PHI.

Plus précisément,à l'issue de chaque demi-période de blocage PB (instant TT 1), le bloc de contrôle BLC fait passerà l'état haut le signal CK2, celui-ci prenant le niveau Vdd, pendant une durée de précharge s'étendant jusqu'à l'instant TT2.

Pendant cette durée de précharge, le signal CK4 resteà l'état bas (la masse, par exemple) et le signal PHI qui étaità l'état haut redescendà l'état bas, et va d'ailleurs le rester durant toute la demi-période de conductionPC.

Il en résulte donc, au cours de cette durée de précharge, que les transistors TI et T2 sont dans leur état passant, que le transistorT3 est bloqué de même que le transistor T4. Le condensateur de précharge CP se charge donc avec la tension de précharge V égaleà Vdd - Vt où Vt désigne la tension de seuil du transistor TI. Au temps TT2, c'est-à-direà l'issue de la durée de précharge, le signal CK2 redescendà l'état bas et le signal CK4 remonteà l'état haut.

En conséquence, l'interrupteurT3 est fermé, reliant la deuxième borne B2 du condensateur de précharge à la source. Les transistors TI et T2 sont alors bloqués et le condensateur de précharge est alors connecté flottant entre la sourceS du commutateur SW et la grille de ce même commutateur. La tension Vin du signal d'entrée s'appliqueà la sourceS et, simultanément, la tension de précharge V plus la tension Vin s'appliquent sur la grille du commutateur SW. On suppose en effet que la durée de précharge a été suffisante pour charger le condensateur de précharge CP.

En conséquence, la différence de tension grille-source VGS du commutateur SW est alors égaleà la tension de précharge V (affectée en fait d'un coefficient de redistribution de charges en raison de la présence de capacités parasites) et est par conséquent quasiment indépendante du signal d'entrée Vin (au coefficient de redistribution des charges près).

La résistance Ron du commutateur SW est donc quasiment indépendante des variations du signal d'entrée Vin.

Cette situation reste identique pendant la durée restante DR de la demi-période PC au terme de laquelle le signal CK4 revientà l'état0, tandis que le signal PHI remonteà l'état haut, ce qui a pour conséquence de fermer l'interrupteur T4, et par conséquent de mettre la grilleG du commutateur Wà la masse et donc de bloquer instantanément le transistor SW, et ce même si le condensateur préchargé reste connectéà la grille G.

Le cycle qui vient d'être décrit recommenceà chaque demi- période PC.

La durée restante DR doit être suffisamment longue pour que le dispositif soit considéré comme statique vis-à-vis de la constante de temps Ron C 1, oùC 1 désigne la valeur capacitive de la capacité commutée CL. L'homme du métier saura ajuster cette durée DR en fonction du taux de distorsion admissible et par conséquent des résultats recherchés. Ceci étant, une durée DR au moins égaleà trois ou quatre fois cette constante de temps donne des résultats satisfaisants et permet d'obtenir une résolution de10 à 12 bits avec des fréquences du signal d'entrée de l'ordre de quelques centaines de MHz sans distorsion notable. A titre indicatif, si la résistance Ron vaut50 Ohms et si la valeur capacitive de la capacité commutéeCL a une valeur de l'ordre de300 10-15 F, la constante de temps T vaut alors15 picosecondes.

Si l'on considèreà titre indicatif un signal CKS ayant une fréquence de l'ordre de50 MHz conduisant doncà une demi-période PC égaleà 10 ns, on obtient, si la durée de précharge est de l'ordre de1 à 2 ris,8 ris pour la durée restante DR, ce qui est très largement supérieurà la constante de temps de15 picosecondes.

Lors de la redistribution des chargesà l'instant TT2, la tension grille-source est en fait égaleà la tension Vr donnée par la formule(1) :

Dans cette formule, V désigne la tension de précharge (Vdd - Vt en l'espèce),C désigne la valeur capacitive du condensateur de précharge, Cp désigne la valeur capacitive de la capacité parasite CPAR etCg désigne la valeur capacitive de la capacité grille-source du commutateur SW.

On voit donc que cette tension Vr est inférieureà la tension de précharge V. Il faut, en tout état de cause, que cette tension Vr soit supérieure ou égaleà la tension de seuil du commutateur SW pour que celui-ci soit passant.Il faut, par conséquent, que la tension de précharge elle-même soit supérieureà la tension de seuil. L'homme du métier saura ajuster la valeur de cette tension de précharge, compte tenu des caractéristiques du dispositif.

A titre indicatif, une tension de précharge V au moins égaleà deux fois la tension de seuil Vt permet d'obtenir un résultat convenable. En l'espèce, la tension de précharge est égaleà Vdd - Vt, c'est-à-dire environ 1,2 volts pour une technologie0, 18 micron (Vdd <B≥ 1,8 volts et Vt de l'ordre de0,5 à 0,6 volt).

Par ailleurs, la formule(1) montre, pour minimiser encore les effets des variations du signal d'entrée Vin, qu'il est préférable que la capacitéC soit bien supérieureà la somme de la capacitéCg et Cp, par exemple au moins deux ou trois fois supérieure.

Le montage différentiel tel qu'illustré sur la figure3, permet de compenser cet effet(à l'instant TT2) des capacités parasites au noeud N en modulant la tension de précharge par l'entrée complémentée. Plus précisément, le dispositif de la figure3 se distingue de celui de la figure1 par le fait qu'il comporte, outre la première borne d'entrée BEI, une deuxième borne d'entrée BE2 reliée au transistor T2. Par ailleurs, le commutateur se compose ici de deux transistors MOS, SW 1 et SW2, dont les sources sont reliées ensemble et dont les grilles sont également reliées ensemble et commandées ensemble.

Les drains respectifs des transistors SWI et SW2 forment les deux sorties OUTI et OUT2 du dispositif. Le signal d'entrée (illustré sur la partie basse de la figure3) comporte alors une composante directe Vin et une composante complémentée Vinc, ces deux composantes étant symétriques par rapportà une tension de mode commun Tmc. A titre indicatif, cette tension de mode commun Tmc peut être égaleà 0,5 volt et le signal Vin varier entre0 et1 volt.

Durant la durée de précharge, la tension de précharge V est égale à Vdd - Vt - Vinc.

A l'instant Tr2, c'est-à-dire lors de la redistribution des charges, la tension Vr, c'est-à-dire la tension grille-source, est alors donnée par la formule (Il):

L'homme du métier remarque donc que si la valeur capacitiveC du condensateur de précharge est égaleà Cp + Cg, l'effet des capacités parasites mentionnées ci-avant pour le mode de réalisation de la figure1, s'annule.

Ceci étant, quel que soit le mode de réalisation utilisé, mode simple ou mode différentiel, une fois la redistribution effectuée, il reste tout de même une modulation parasite de la tension VGS par le signal d'entrée, en raison de la capacité parasite Cp. Cette modulation parasite est donnée par la formule(111) : AVGS <B≥ AVin*Cp/(C+Cg+Cp) (Ili) Cependant, cette modulation reste très faible car la valeur Cp de la capacité parasite, qui est essentiellement une capacité de routage technologique, reste très faible par rapportà la somme C+Cg.

Dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, la tension au noeud N, qui est également la source du transistor TI, est limitéeà la tension appliquée au drain de ce transistor TI diminuée de la tension de seuil Vt de ce transistor dans lhypothèse où la tension CK2 appliquée sur la grille est égaleà la tension de drain. En effet, dès que la tension grille-source de ce transistor TI devient inférieureà la tension de seuil, le transistor passe dans son état bloqué.

Il est particulièrement intéressant de pouvoir précharger la capacité C avec une tension supérieure, c'est-à-dire en s'affranchissant de la chute de tension égaleà la tension de seuil Vt du transistor.

Cependant, si l'on applique une tension de grille trop importante, c'est-à-dire supérieureà la tension d'alimentation Vdd, il peut se produire un claquage du transistor Tl à l'instant TTI lorsque l'on applique la tension de commande Vdd car,à cet instant, la différence de tension drain-source est égaleà la tension Vdd.

L'invention résout ce problème en utilisant le dispositif de surtension contrôlé illustré sur la figure 4.

Plus précisément, l'interrupteur TI est formé ici de deux transistors auxiliaires TIA et TIB connectés en parallèle. Le drain de chaque transistor est connectéà la borne d'alimentation BA connectéeà la tension d'alimentation Vdd. La grille du transistor auxiliaireTAI reçoit le signal CK2.

La grille de l'autre transistor auxiliaire TIB est connectéeà une source de tension auxiliaire (non représentée icià des fins de simplification) par l'intermédiaire d'un cinquième interrupteurT5 formé d'un transistor MOS commandé sur sa grille par le signal PHI.

La source de tension auxiliaire délivre une tension auxiliaire Vbias. La grille de ce transistor auxiliaire TIB est également reliéeà la borne de commande BC1 recevant le signal CK2, par l'intermédiaire d'un condensateur auxiliaire CB et de moyens de retard MR formés par exemple de deux inverseurs connectés en série.

L'homme du métier remarque donc que, en raison de la présence des moyens de retard MR, le signal de commande CK2R commandant la grille du transistor auxiliaire TIB est un signal retardé par rapport au signal CK2 commandant la grille du transistor TIA, ce retard étant par exemple de l'ordre de500 picosecondes à 1 ris.

Si l'on se réfère maintenant plus particulièrementà la figure5, on voit que pendant chaque demi-période de blocage PB, le transistorT5 est fermé, ce qui provoque la charge du condensateur CB avec la tension auxiliaire Vbias. A l'instant TTI, l'interrupteurT5 est ouvert. Le transistor auxiliaireTAI devient passant et le transistor auxiliaire TIB dont la tension de commande grille est alors égaleà Vbias (supérieureà Vt) est légèrement passant. Lorsque le signal CK2R passeà l'état haut, son niveau devient égalà Vdd + Vbias. Ceci étant, il ne se produit pas de claquage du transistor puisqu'à cet instant la différence de tension drain- source du transistor auxiliaire TIB est inférieureà la tension d'alimentation Vdd. De ce fait, la tensionà la sourceS peut s'établir jusqu'à Vdd + Vbias - Vt, c'est-à-dire la tension Vdd si la tension Vbias est choisie égaleà Vt.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un commutateur d'un dispositif de capacité commutée, dans lequel, le commutateur (SW) comportant au moins un transistorà effet de champà grille isolée, on délivre un signal d'entrée analogique (Vin) sur la source(S) du transistor (SW) et on commande le transistor sur sa grille(G) au rythme d'un signal d'horloge (CKS) de façonà le rendre successivement passant et bloqué, caractérisé par le fait qu'à l'issue de chaque demi-période (PB) du signal d'horloge (CKS) pendant laquelle le transistor est bloqué, on précharge au début de la demi-période suivante(PC) et pendant une durée de précharge prédéterminée, un condensateur de précharge (CP) avec une tension de précharge prédéterminée (V), puis pendant la durée restante (DR) de ladite demi-période (PC) on connecte ledit condensateur préchargé (CP) entre la source(S) et la grille(G) du transistor (SW) de façonà le rendre passant sous l'action d'une tension grille-source quasiment indépendante du niveau du signal d'entrée (Vin), età la fin de ladite demi-période (PC), oh relie la grille du transistor (SW) et ledit condensateur de précharge (CP) à la masse. 2. Procédé selon la revendication1, caractérisé par le fait que ladite durée restante (DR) de la demi-période est au moins égaleà 1,5 fois, etde préférence3 ou 4 fois, la constante de temps du circuit résistif capacitif formé par la résistance drain-source (Ron) du transistor (SW) dans son état passant et par ladite capacité commutée(CL), et par le fait que la valeur de la tension de précharge (V) est au moins égaleà 2 fois la tension de seuil du transistor. 3. Procédé selon la revendication1 ou 2, caractérisé par le fait que pendant la durée de précharge, on connecte une première borne(N) du condensateur de précharge à la tension de précharge ainsi qu'à la grille du transistor et on connecte une deuxième borne (B2) du condensateur de précharge (CP) à la masse, et par le fait que pendant ladite durée restante de la demi-période, on déconnecte la deuxième borne du condensateur de précharge de la masse et on la connecteà la source du transistor, et on déconnecte la première borne du condensateur de précharge de ladite tension de précharge. 4. Procédé selon la revendication1 ou 2, caractérisé par le fait quele signal d'entrée comporte une composante directe et une composante complémentée symétriques par rapportà une tension de mode commun, par le fait que le commutateur comporte deux transistorsà effet de champà grille isolée (SWI, SW2) dont les source sont reliées ensemble et dont les grilles sont reliées ensemble, par le fait qu'on délivre la composante directe sur la source de chaque transistor, par le fait que pendant la durée de précharge on connecte une première borne(N) du condensateur de précharge (CP) à une tension d'alimentation ainsi qu'à la grille de chaque transistor et on délivre la composante complémentée à une deuxième borne (B2) du condensateur de précharge, et par le fait que pendant ladite durée restante de la demi-période, on déconnecte la deuxième borne (B2) du condensateur de précharge de ladite composante complémentée et on la relieà la source de chaque transistor, et on déconnecte la première borne du condensateur de précharge de ladite tension d'alimentation, et par le fait que la valeur capacitive(C) du condensateur de précharge est prise égaleà la somme de la valeur capacitive(Cg) de la capacité grille-source de chaque transistor et de la valeur capacitive (Cp) de la capacité parasite (CPAR) existant entre la première borne du condensateur de précharge et la masse. 5. Dispositif de capacité commutée, comprenant au moins une borne d'entrée (BE 1) pour recevoir un signal d'entrée analogique (Vin), un commutateur (SW) comportant au moins un transistorà effet de champà grille isolée dont la source est reliéeà la borne d'entrée, une capacité de charge(CL) connectée au drain du transistor, et des moyens de commande (MC) aptesà commander le transistor sur sa grille au rythme d'un signal d'horloge de façonà le rendre successivement passant et bloqué, caractérisé par le fait que les moyens de commande (MC) comprennent un condensateur de précharge (CP) et des moyens de précharge aptes,à l'issue de chaque demi-période du signal d'horloge pendant laquelle le transistor est bloqué,à précharger le condensateur de précharge (CP) au début de la demi-période suivante(PC) et pendant une durée de précharge prédéterminée, avec une tension de précharge prédéterminée (V), des premiers moyens de connexion aptes, pendant la durée restante de ladite demi-période, à connecter ledit condensateur préchargé entre la source et la grille du transistor de façonà le rendre passant sous l'action d'une tension grille-source quasiment indépendante du niveau du signal d'entrée, et des deuxièmes moyens de connexion aptes,à la fin de ladite demi-période, à relier la grille du transistor et ledit condensateur de précharge à la masse. 6. Dispositif selon la revendication5, caractérisé par le fait que ladite durée restante (DR) de la demi-période (PC) est au moins égaleà1,5 fois, et de préférence3 ou 4 fois, la constante de temps du circuit résistif capacitif formé par la résistance drain-source (R,,,) du transistor (SW) dans son état passant et par ladite capacité commutée(CL), et par le fait que la valeur de la tension de précharge est au moins égaleà 2 fois la tension de seuil du transistor. 7. Dispositif selon la revendication5 ou6, caractérisé par le fait que les moyens de précharge comportent un premier interrupteur (T1) connecté entre d'une part une borne d'alimentation (BA) reliéeà une tension d'alimentation (Vdd) et d'autre part une première borne(N) du condensateur de précharge (CP) reliéeà la grille du transistor (SW), un deuxième interrupteur (T2) connecté entre la masse et une deuxième borne (B2) du condensateur de précharge (CP), un troisième interrupteur(T3) connecté entre la deuxième borne (B2) du condensateur de précharge et la source du transistor (SW), un quatrième interrupteur (T4) connecté entre la grille du transistor (SW) et la masse, et des premier moyens de contrôle (BLC) aptesà fermer les premier et deuxième interrupteurs età ouvrir les troisième et quatrième interrupteurs pendant la durée de précharge, par le fait que les premiers moyens de connexion comportent le troisième interrupteur(T3) et des deuxièmes moyens de contrôle (BLC) aptesà ouvrir les premier, deuxième et quatrième interrupteurs età fermer le troisième interrupteur pendant ladite durée restante (DR) de la demi- période (PC), et par le fait que les deuxièmes moyens de connexion comportent le quatrième interrupteur (T4) et des troisièmes moyens de contrôle (13LC) aptesà fermer le quatrième interrupteurà la fin de ladite demi-période. 8. Dispositif selon la revendication7, caractérisé par le fait que la valeur capacitive(C) du condensateur de précharge (CP) est au moins trois fois plus grande que la somme de la valeur capacitive(Cg) de la capacité grille-source du transistor et de la valeur capacitive (Cp) de la capacité parasite (CPAR) existant entre la première borne(N) du condensateur de précharge et la masse. 9. Dispositif selon la revendication5 ou6, caractérisé par le fait que le signal d'entrée comporte une composante directe (Vin) et une composante complémentée (Vine) symétriques par rapportà une tension de mode commun (Tmc), par le fait que le dispositif comporte une première borne d'entrée (BEI) recevant la composante directe du signal d'entrée et une deuxième borne d'entrée (BE2) recevant la composante complémentée du signal d'entrée, par le fait que le commutateur comporte deux transistorsà effet de champà grille isolée (SWI, SW2) dont les sources sont reliées ensembleà la première borne d'entrée et et dont les grilles sont reliées ensemble, par le fait que les moyens de précharge comportent un premier interrupteur (Tl) connecté entre d'une part une première borne d'alimentation (BA) reliéeà une tension d'alimentation et d'autre part une première borne(N) du condensateur de précharge reliéeà la grillede chaque transistor (SWI, SW2), un deuxième interrupteur (T2) connecté entre la deuxième borne d'entrée (BE2) recevant la composante complémentée du signal d'entrée et une deuxième borne (B2) du condensateur de précharge, un troisième interrupteur(T3) connecté entre la deuxième borne du condensateur de précharge et la source de chaque transistor (SWI, SW2), un quatrième interrupteur (T4) connecté entre la grille de chaque transistor et la masse, et des premiers moyens de contrôle (BLC) aptesà fermer les premier et deuxième interrupteurs età ouvrir les troisième et quatrième interrupteurs pendant la durée de précharge, par le fait que les premiers moyens de connexion comportent le troisième interrupteur(T3) et des deuxièmes moyens de contrôle (BLC) aptesà ouvrir les premier, deuxième et quatrième interrupteurs età fermer le troisième interrupteur pendant ladite durée restante de la demi-période, par le fait que les deuxièmes moyens de connexion comportent le quatrième interrupteur (T4) et des troisièmes moyens de contrôle (BLC) aptesà fermer le quatrième interrupteurà la fin de ladite demi-période, et par le fait que la valeur capacitive du condensateur de précharge est prise égaleà la somme de la valeur capacitive de la capacité grille-source de chaque transistor et de la valeur capacitive de la capacité parasite existant entre la première borne du condensateur de précharge et la masse. 10. Dispositif selon l'une des revendications7 à 9, caractérisé par le fait que le premier interrupeur comporte deux transistors auxiliaires à effet de champà grille isolée (T1 A, T1 B) connectés en parallèle, la grille d'un premier transistor auxiliaire (TIA) étant reliéeà une borne de commande apteà recevoir une tension de commande prédéterminée (CK2), par le fait que les moyens de précharge comportent une source de tension auxiliaire délivrant une tension auxiliaire (Vbias), un cinquième interrupteur(T5) connecté entre la grille du deuxième transistor auxiliaire (TIB) et la source de tension auxiliaire, un condensateur auxiliaire (CB) connecté en série avec des moyens de retard (MR) entre la grille du deuxième transistor auxiliaire (Tl B) et la borne de commande, et des quatrièmes moyens de contrôle (BLC) aptesà fermer le cinquième interrupteur(T5) pendant chaque demi-période de blocage de façonà appliquer ladite tension auxiliaire sur la grille du deuxième transistor auxiliaire, et par le fait que les premiers moyens de contrôle (BLC) sont aptesà ouvrir le cinquième interrupteur(T5) pendant la durée de précharge de façonà appliquer sur la grille du deuxième transistor auxiliaire (TIB) une tension de grille (CK2R) retardée par rapportà la tension de commande (CK2) et égaleà la somme de la tension de commande (CK2) et de la tension auxiliaire (Vbias).