Language
Country/Area
No result found
Le secret surprenant des circuits à condensateurs commutés : comment imitent-ils les résistances ?
Dans le domaine de l'ingénierie électronique, le circuit à condensateur commuté (circuit SC en abrégé) devient progressivement une technologie incontournable, notamment dans la conception de circuits intégrés. Ce type de circuit utilise des commutateurs pour contrôler le processus de charge et de décharge du condensateur afin d'obtenir l'effet de simuler une résistance. Avec la fusion des circuits numériques et analogiques, les circuits SC deviennent de plus en plus importants dans diverses applications.
Le principe des circuits à condensateur commuté est basé sur le mouvement de charge dans le condensateur lors de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur. Cette technique utilise des signaux d'horloge qui ne se chevauchent pas pour contrôler les commutateurs afin de garantir qu'aucun commutateur ne soit éteint en même temps à aucun moment. Cela rend la conception des filtres à condensateurs commutés beaucoup plus simple et plus efficace car elle repose sur le rapport capacité/fréquence de commutation sans nécessiter de valeurs de résistance précises.
En règle générale, les circuits SC sont mis en œuvre à l'aide de la technologie métal-oxyde-semi-conducteur (MOS), notamment des condensateurs MOS et des commutateurs à transistor à effet de champ MOS (MOSFET).
Principes de base des condensateurs commutés pour simuler des résistances
Le circuit à condensateur commuté le plus simple se compose généralement d'un condensateur et de deux commutateurs qui connectent alternativement l'entrée et la sortie du condensateur pour déplacer la charge d'une extrémité à l'autre à une fréquence de commutation spécifiée. Un tel circuit peut être considéré comme une résistance analogique, et sa résistance équivalente peut être exprimée comme suit :
R_équivalent = 1 / (C_S * f)
Parmi eux, C_S est la capacité du condensateur et f est la fréquence de commutation. Plus précisément, ce processus suit une relation courant-tension similaire à la loi d'Ohm.
Avantages des circuits à condensateurs commutés
Les circuits à condensateurs commutés présentent de nombreux avantages significatifs par rapport aux résistances traditionnelles. Par exemple, étant donné que le commutateur transfère la charge sous forme d'impulsions discrètes, cette approche peut se rapprocher d'un fonctionnement résistif continu lorsque la fréquence de commutation est nettement supérieure à la bande passante du signal d'entrée.
Les circuits à condensateurs commutés sont théoriquement considérés comme des résistances sans perte car leur principe de fonctionnement évite la perte de chaleur des résistances traditionnelles.
Champs de candidature
Les résistances analogiques à condensateur commuté sont largement utilisées dans les circuits intégrés car ces circuits sont plus faciles à produire de manière fiable une large plage de valeurs de résistance et nécessitent une surface de silicium relativement petite. Ce même circuit peut être utilisé comme circuit échantillonneur-bloqueur pour les systèmes à temps discret tels que les CAN. Dans la phase d'horloge appropriée, le condensateur échantillonne la tension analogique via le commutateur et, dans la deuxième phase, cette valeur d'échantillon conservée est transmise au circuit de commande via un autre commutateur pour traitement.
Les filtres électroniques remplacent les résistances traditionnelles par des résistances à condensateur commuté, ce qui permet de créer des filtres en utilisant uniquement des condensateurs et des commutateurs, sans recourir à de véritables résistances.
Améliorations et défis
Bien que les circuits à condensateurs commutés offrent de nombreux avantages, ils présentent également certains défis, notamment en ce qui concerne les effets parasites. Lorsque la capacité parasite est importante, les performances du circuit peuvent être affectées, ce qui incite les ingénieurs à développer des conceptions de circuits insensibles aux parasites.
Ces circuits insensibles aux parasites sont couramment utilisés dans les circuits électroniques à temps discret tels que les filtres quadratiques, les structures anticrénelage et les convertisseurs de données delta-sigma. Le développement de ces technologies améliorera encore la praticité des circuits à condensateurs commutés.
Conclusion : que se passera-t-il dans le futur ?
À mesure que la technologie progresse et que de nouveaux composants électroniques deviennent disponibles, les circuits à condensateurs commutés joueront un rôle dans un nombre croissant d'applications. Ils apportent non seulement une contribution importante à l’amélioration de l’efficacité des circuits, mais apportent également une plus grande flexibilité de conception. À l’avenir, nous pouvons nous attendre à ce que ce type de technologie devienne plus courant dans la conception de circuits intégrés et trouve de nouveaux domaines d’application pour étendre davantage son potentiel. Pensez-vous que les circuits à condensateurs commutés peuvent remplacer les résistances traditionnelles et devenir le courant dominant de la conception de circuits électroniques ?
