Éléments de commutation dans multiplexeurs PAM : Transistors, commutateurs analogiques & CIs
Le cœur de la modulation d'amplitude d'impulsions : L'interrupteur électronique
Les multiplexeurs PAM (Modulation d'Amplitude d'Impulsions) reposent sur des interrupteurs électroniques haute vitesse pour connecter séquentiellement plusieurs canaux d'entrée vers une ligne de sortie commune. La fidélité du signal PAM — sommet plat vs échantillonnage naturel, distorsion d'ouverture, diaphonie — dépend critique des caractéristiques de l'interrupteur : résistance état passant (RON), fuite état bloqué, injection charge, vitesse commutation (tON/tOFF), et bande passante.
Technologies d'interrupteur principales
1. MOSFETs (Discrets ou Intégrés)
- Canal N mode rehaussement : Standard signaux basse tension. Faible RON, haute vitesse.
- Portes de transmission CMOS complémentaires : PMOS + NMOS parallèles. Gestion signal rail-à-rail, RON constant sur swing tension. Standard industriel pour multiplexeurs analogiques modernes.
2. JFETs (FETs jonction)
- Normalement passant (mode déplétion). Nécessitent commande grille négative pour pincer.
- Avantage : Injection charge quasi nulle (critique échantillonnage-maintien).
- Inconvénient : RON plus élevé, swing tension limité, obsolètes nouveaux designs.
3. Transistors bipolaires
- Rarement utilisés comme interrupteurs standalone en PAM moderne complexité commande base et tension offset (VBE).
- Trouvés dans vieux multiplexeurs ère TTL (ex. 74LS151) pour routage signaux numériques, pas PAM analogique précision.
4. CIs Commutateurs analogiques / Multiplexeurs (Choix pratique)
Ingénieurs choisissent presque toujours CI monolithique intégrant réseau interrupteurs, logique décodage, et translation niveau. Paramètres clés à comparer :
| Paramètre | Spec typique (CMOS moderne) | Impact PAM |
|---|---|---|
| RON | 10 – 100 Ω | Chute tension, constante RC avec impédance source |
| Planéité RON | < 5 Ω | Distorsion (THD) sur swing signal |
| tTRANSITION | 10 – 100 ns | Max canaux × taux échantillonnage |
| Injection charge | < 1 pC | Erreur piédestal / offset sur condensateur maintien |
| Isolement état bloqué | > 80 dB @ 1 MHz | Diaphonie entre canaux |
| Bande passante (-3dB) | 100 MHz – 1 GHz | Fidélité signal, temps montée |
Familles CI populaires
- ADG / ADGxxx (Analog Devices) : Précision, faible injection charge.
- DG / DGxxx (Vishay / Siliconix) : Brochage standard industrie (DG408, DG409).
- TMUX / MUXxxx (TI) : Large plage alimentation, compatible logique 1,8V.
- MAX4xxx (Maxim/ADI) : Protégés défaut, tolérants surtension.
Topologies commutation dans CIs Mux
- SPST (Simple Pole Simple Throw) : Activation/désactivation simple par canal.
- SPDT (Simple Pole Double Throw) : Sélection canal entre deux bus.
- 4:1, 8:1, 16:1 (Multi-canaux) : Lignes adresse binaire (A0, A1, A2…) sélectionnent canal actif. Standard pour PAM TDM.
- Différentiel / 2P4T : Signaux symétriques (audio, ponts capteurs).
Astuce conception : Minimiser incertitude ouverture
Pour PAM haute fidélité, l'ouverture échantillonnage (temps interrupteur ON) doit être constante. Utiliser mux avec break-before-make garanti (évite court-circuit canal-à-canal) et piloter lignes adresse/activation avec horloge faible gigue. Ajouter amplificateur échantillonnage-maintien (SHA) dédié après mux si gigue ouverture > 1% période échantillonnage.