Les progrès réalisés en électronique numérique ont fortement contribué au succès de nombreux produits grand public comme les appareils photos numériques, les baladeurs MP3, les téléviseurs numériques, etc… La technologie CMOS employée permet facilement de réduire les tailles et les coûts de fabrication. De la conception au perfectionnement, l’électronique numérique s’appui donc sur un ensemble d’outils logiciels et matériels puissants qui garantissent une progression à un rythme soutenu. En revanche, l’électronique analogique ne connaît pas une telle vitesse de progression. La conception des circuits reposent beaucoup plus sur le savoir-faire et la connaissance humaine que celle de la machine. Ces circuits coûte plus chers et consomment une quantité disproportionnée de puissance comparé aux circuits numériques. Ils sont néanmoins indispensables pour amplifier, traiter et filtrer les signaux analogiques issus du monde réel et les convertir en signaux numériques, ou vice versa.
Les progrès réalisés en matière de technologie de fabrication et notamment de miniaturisation des circuits concernent principalement les parties numériques et paradoxalement ils ont eu un impact négatif sur l’électronique analogique. En effet, la plupart des circuits analogiques sont réalisés à base de dispositifs connus sous le nom d’amplificateurs opérationnels (AOP). Les technologies de fabrication avancées ont pour inconvénient de réduire l’amplitude des signaux analogiques et par conséquent de diminuer le gain de ces amplificateurs. Pour compenser ces pertes de gain, des tensions d’alimentation plus élevées sont utilisées mais elles contribuent malheureusement à augmenter la puissance consommée et diminuer ainsi l’autonomie des batteries. Un autre problème identifié est celui de l’incompatibilité actuelle entre ces circuits analogiques à base d’AOP et les nouvelles technologies émergentes telles que les circuits à base de nanotubes de carbone ou autres dispositifs moléculaires.
Lors de la conférence internationale sur les semi-conducteurs (ISSCC) qui s’est tenue à San Francisco du 11 au 15 Février 2007, des chercheurs du MIT ont présenté une nouvelle famille de circuits analogiques qui pourrait devenir la solution aux problèmes évoqués jusqu’ici. Le travail réalisé par le professeur Hae-Seung Lee et ses collègues offre la possibilité intéressante de s’affranchir de l’amplificateur opérationnel en le remplaçant par un comparateur et une source de courant. Cette nouvelle architecture est appelée : "Comparator-Based Switched Capacitor (CBSC)". Elle offre un meilleur rendement de puissance car la condition de masse virtuelle à l’entrée du comparateur est réalisée juste au moment nécessaire ce qui permet d’économiser de l’énergie par rapport à l’architecture classique à base d’AOP.
Selon le professeur Lee, cette nouvelle architecture pourrait permettre de rendre les circuits analogiques plus performants et compatibles avec les technologies émergentes associées à la nanoélectronique. Le premier prototype du MIT a été démontré avec un convertisseur analogique/numérique lors de la conférence ISSCC de 2006. Le deuxième prototype, un convertisseur de 8 bits fonctionnant à la fréquence de 200 mégahertz, a été présenté cette année à la conférence ISSCC. Deux grandes entreprises américaines, Analog Device Inc et National Semiconductor Corp participent également à ce projet de recherche.
Source :
https://mtlweb.mit.edu/news/archives/2007/02/new_analog_circ_1.html#more
Pour en savoir plus, contacts :
"Comparator-Based Switched-Capacitor Circuits For Scaled CMOS Technologies"
Todd Sepke1, John K. Fiorenza1, Charles G. Sodini1, Peter Holloway2,Hae-Seung Lee1
1MIT, Cambridge, MA – 2National Semiconductor, Salem, NH
https://www-mtl.mit.edu/researchgroups/sodini/documents/sepke_comparator.pdf
Code brève
ADIT : 41522
Rédacteur :
Raphaël Allègre, [email protected]
