Circuit à capacités commutées

Les circuits à capacités commutées ou circuits SC permettent l'émulation d'une résistance grâce à une capacité associée à des transistors MOS utilisés comme interrupteurs.

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Composant actif - Composant électronique

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Les circuits à capacités commutées ou circuits SC (en anglais Switched-Capacitor) permettent l'émulation d'une résistance grâce à une capacité associée à des transistors MOS utilisés comme interrupteurs.

Les circuits à capacités commutées présentent de nombreux avantages parmi lesquels :

ils permettent d'obtenir une résistance variable selon la fréquence d'horloge. Ceci sert à réaliser des filtres dont la fréquence de coupure dépend de la fréquence d'horloge
ils occupent une surface plus faible que celle qu'occuperait la résistance intégrée équivalente
en général (ceci dépend de la technologie employée), la précision des capacités intégrées est plus grande que celle des résistances. Ce point est important lors de la réalisation d'un filtre.

Historique

C'est en 1972 que Fried proposa un tel circuit servant à supprimer les résistances et de les remplacer par des circuits à capacités commutées. Le premier filtre intégré utilisant cette innovation fut employé en 1977.

Principe des circuits à capacités commutées

  S1    S2
    /    /
o--/ ---/ --o
      |                            Req
in    |    out                     _____
     ==            <==>      o----|    |----o
      | Cs                        -----
      |
o-----------o

Les interrupteurs S1 et S2 sont commandés par deux horloges Phi1 et Phi2. Ces deux interrupteurs sont complémentaires, c'est-à-dire quand l'interrupteur S1 est ouvert, l'interrupteur S2 est fermé et quand l'interrupteur S2 est fermé, l'interrupteur S1 est ouvert. On considère généralement que les tensions Vin (t) et Vout (t) sont constantes pendant une période d'horloge car ces tensions fluctuent peu. La charge de la capacité au cours de la phase d'activité de l'horloge Phi1 est $q 1 = C s * V i n$ et la charge de la capacité au cours de la phase d'activité de l'horloge Phi2 est $q 2 = C s * V o u t$ . Pendant une période, le transfert de la charge correspond à $Δ q = q 1 - q 2$ de l'entrée vers la sortie. Ce qui est équivalent à un courant moyen $I m o y = Δ q / T e$ . La résistance équivalente entre l'entrée et la sortie est donc : $R_{eq} = \frac{V_{in}-V_{out}}{I_{moy}} = \frac{T_{e}}{C_{s}} = \frac{1}{f_{e}C_{s}}$

Applications

Les circuits à capacités commutées sont principalement utilisés pour réaliser des filtres, on les utilise aussi pour de l'intégration à base d'AOP, ou de la numérisation (conversion analogique numérique).

Bibliographie

Notes

Voir aussi

Liens externes

TP de CAPES de Jean-Marc Routoure - Capacités commutées : principe et application

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