Présentation
Auteur(s)
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Paul BILDSTEIN : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Docteur-Ingénieur - Directeur du Laboratoire des systèmes microélectroniques (LSM) du Groupe ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électrotechnique et électronique)
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Les filtres actifs sont des filtres incluant des composants actifs : transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor), amplificateurs, interrupteurs électroniques...
Cependant, l’usage réserve presque exclusivement cette dénomination aux filtres composés uniquement de résistances, de condensateurs et d’éléments actifs linéaires. Ces derniers sont principalement des amplificateurs opérationnels mais aussi des amplificateurs réalisés avec des transistors MOS. Les inductances, composants encore difficilement intégrables, sont en principe exclues.
L’intérêt principal des filtres actifs réside dans leur faible coût et la possibilité de les réaliser dans un volume très réduit, voire sous forme totalement intégrée.
L’inconvénient est qu’il faut les alimenter et se contenter de filtrer des signaux d’amplitude limitée par la tenue des composants actifs. Le niveau de bruit et la présence de tensions d’offset peuvent aussi en limiter les domaines d’application qui se situent de toute façon dans les gammes de fréquence de fonctionnement des composants actifs utilisés.
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1. Technologies des filtres actifs
Les méthodes de conception et les schémas des filtres actifs dépendent de façon étroite des technologies utilisées dans la réalisation finale. C’est pourquoi nous allons les présenter en premier.
Trois types de technologie sont utilisés en pratique.
1.1 Filtres actifs à composants discrets
Ils sont assemblés sur circuits imprimés ou montés en surface (CMS), pour les réalisations de laboratoire ou les faibles séries. Les composants utilisés sont alors :
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des résistances à couche métallique, qui peuvent être de très bonne qualité, précises et stables, dans des gammes de valeurs très étendues ;
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des condensateurs de qualité suffisante pour la fréquence de travail du filtre, mais de valeurs et de tolérances standards (± 10 % et série E12, par exemple) afin d’en limiter le coût. Les méthodes de conception ne retiendront que des schémas pouvant s’accommoder de ces médiocres tolérances en reportant les ajustages sur les résistances ;
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des amplificateurs opérationnels le plus souvent classiques et dont le produit gain-bande soit suffisant aux fréquences de travail du filtre (typiquement │A│ > 100).
1.2 Filtres actifs réalisés en technologie hybride
Ils sont le plus souvent réalisés en couche épaisse et parfois en couche mince. Ils conviennent pour des séries moyennes.
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Les condensateurs sont réalisés dans la technologie hybride utilisée, ce qui en limite la gamme des valeurs disponibles.
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Les résistances sont réalisées par dépôt de couche résistive et présentent l’avantage d’être ajustables par morsure laser.
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Les éléments actifs sont encore des amplificateurs opérationnels le plus souvent classiques.
La conception s’orientera vers des schémas minimisant le nombre de condensateurs et acceptant pour ceux-ci des valeurs peu précises dans des gammes limitées. Mais surtout ces schémas devront permettre l’ajustage dynamique au laser, suivant un algorithme convergeant à coup sûr et qui ne procède que...
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