Brevet FR2525363A1 — publié le 19831021

_, _ "CIRCUIT INTEGRE COMPORTANT UN CONVERTISSEUR DE TENSION-COURANT" L'invention concerne un circuit intégré permettant d'en- gendrer un courant de sortie à partir d'une tension d'entrée et une chute de tension déterminée dans une résistance de référence, circuit qui est appelé convertisseur de tension-courant. Dans un circuit intégré, la précision d'une conversion tension-courant dans une résistance de référence déterminée est tributaire de la dispersion de cette résistance de référence La dispersion de cette résistance est essentiellement déterminée par la résistance par unité de surface de la couche de matériau cons- tituant la résistance et de la dispersion en largeur du trajet de résistance. Dans un circuit intégré semiconducteur monolithique, la résistance par surface carrée est déterminée par le quotient en- tre la résistivité de la zone dopée constituant la résistance et l'épaisseur de cette zone dopée. La dispersion en largeur du trajet de résistance est dé- terminée par les tolérances des processus de structuration néces- saires pour la formation de la zone dopée (photolithographie, dé- capage). En conséquence, il n'était pas possible de réaliser une conversion de courant-tension à faible dispersion dans un circuit intégré. L'invention est basée sur l'idée de former un circuit intégré du genre mentionné dans le préambule de façon que la pré- cision de la conversion courant-tension ne soit tributaire que de la dispersion (relativement faible) de la résistance par unité de surface et ne le soit plus de la dispersion en largeur du trajet de résistance. Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait que dans une branche parallèle à la résistance de référence (R 1) est engendré un second courant, qui provoque une chute de tension -2- déterminée par la même tension d'entrée dans une seconde résistan- ce de référence (R 2) insérée dans la branche et présentant la même résistance par unité de surface, la même longueur et une largeur différente et que la différence entre les courants traversant les résistances (R 1, R 2) forme le courant de sortie du circuit. Du fait que dans un circuit ainsi construit, présentant deux résistances auxquelles est appliquée la tension d'entrée, la dispersion de largeur des deux résistances est égale en valeur ab- solue, les composantes de courant provoquées par la dispersion en largeur sont égales et se trouve supprimées en formant la diffé- rence entre les courants. De préférence, la différence entre les courants traver- sant les résistances est formée à l'aide d'un miroir de courant. Afin de pouvoir isoler, l'un de l'autre, les courants traversant les résistances, il est avantageux de prévoir les ré- sistances dans les lignes d'émetteur des deux transistors, dont les bases sont excitées par la tension d'entrée. Du fait que dans un circuit ainsi formé, la somme de la tension d'entrée et de la tension base/émetteur des transis- tors est appliquée aux résistances, il est efficace d'exciter les bases des deux transistors par l'intermédiaire d'amplificateurs opérationnels, qui compensent les tensions base/émetteur de ces transistors. Pour que dans les transitons dans les lignes d'émetteur desquels sont insérées les résistances, le courant de base et, de ce fait, la différence entre le courant de collecteur et le cou- rant d'émetteur soient aussi faibles que possible, ces transistors sont de préférence formés par des transistors Darlington ou des transistors à effet de champ. De préférence, le circuit est sous forme d'un circuit semiconducteur intégré monolithique et les résistances par des zo- nes dopées dans le corps semiconducteur. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un schéma de principe d'un cir- -3- cuit conforme à l'invention. Les figures 2 représentent un schéma plus détaillé d'un circuit conforme à l'invention. La figure 1 montre le schéma de principe d'un circuit permettant d'engendrer un courant de sortie IA' à partir d'une tension d'entrée UE et une chute de tension déterminée dans une résistance de référence, c'est-à-dire un transformateur tension- courant La résistance de référence est formée par deux résis- tances Ri et R 2, qui présentent la même résistance par unité de surface, la même longueur mais des largeurs différentes La ré- sistance R 1 présente la largeur b +, b, alors que la résistan- ce R 2 présente la largeur N b + A b. La tension d'entrée UE appliquée aux bases de ces tran- sistors est amenée aux deux résistances par l'intermédiaire des transistors T 1 et T 2 dans les lignes d'émetteur desquels sont in- insérées les résistances Les courants de collecteur des transis- tors T et T 2 sont fournis par un miroir de courant 1 Ce miroir de courant peut être formé de façon arbitraire suivant la préci- sion requise pour le rapport de conversion. Pour engendrer le courant de sortie IA' on a formé la différence entre les deux courants I et I 2 qui provoquent la mê- me chute de tension, c'est-à-dire la tension d'entrée UE aux deux résistances R et R d'une largeur différente, mais de longueur égale. Du fait que la dispersion de largeur des deux résistan- ces est égale en valeur absolue, les composantes de courant pro- voquées par la dispersion en largeur (largeur réelle des résis- tances moins la largeur prescrite des résistances) sont égales dans le cas d'une même tension d'entrée UE et sont éliminées en formant la différence de courants. si RS = résistance de couche 1 = longueur de résistance b = largeur de la résistance R 1 N b = largeur de la résistance R 2 A b = dispersion de la largeur de résistance, il s'applique les relations suivantes. -4- R = R et 1 S b+ A b R 2 = R l R - n b+ à b Ainsi, dans la résistance Ri la tension d'entrée UE forme I UE b+ b RS.1 1 E Rs l et dans la résistance R 2 le courant n b+ A b I 2 = UE ES l La différence de courant formant le courant de sortie IA IA = I 12 il = UE R (n 1)b S. ne contient plus la dispersion de largeur A b, mais seulement la largeur prescrite b, c'est-à-dire le courant de sortie IA n'est plus tributaire de la dispersion de largeur des résistances R 1 et R 2. Du fait que dans le circuit représenté sur la figure 1, au lieu de la tension d'entrée UE, il apparaît, sur les résis- tances R 1 et R 2, la somme de cette tension et de la tension base- émetteur des transistors respectifs T 1 T 2, il peut être nécessai- re de compenser ces tensions base-émetteur dans le cas d'exigen- ces correspondantes au précision du circuit - La figure 2 montre un schéma détaillé d'un circuit conforme à l'invention, dans lequel les bases des deux transis- tors T 1 et T 2 sont excitées à cet effet par la tension d'entrée UE par l'intermédiaire d'amplificateurs opérationnels 2 et 3 La sortie de chaque amplificateur opérationnel est connectée à la base du transistor correspondant La tension d'entrée UE est ame- née à l'entrée non inverseuse de chaque amplificateur opération- nel, alors que l'entrée inverseuse de chaque amplificateur opé- rationnel est connectée à l'émetteur du transistor correspondant. Ainsi, seule la tension d'entrée UE est appliquée aux résistan- -5- ces R 1 et R 2; les tensions de base-émetteur sont compensées. Le circuit représenté sur la figure 2 correspond dans son principe, complètement au circuit selon la figure 1 Toute- fois, le miroir de courant 1 est plus compliqué, de sorte que la précision du rapport de conversion est plus élevée et que le courant de sortie IA est prélévé sur le miroir de courant 1 à l'aide d'un transistor T 3 qui est sous forme de transistor Dar- lington Sont également formés comme des transistors Darlington les transistors Ti et T 2 afin d'assurer que les courants de base de ces deux transistors et, de ce fait, entre le courant de col- lecteur et le courant d'émetteur de chaque transistor la diffé- rence soit aussi faible que possible. A cet effet, il est également possible de constituer les deux transistors Ti et T 2 par des transistors à effet de champ. -6- REVENDICATIONS 1 Circuit intégré permettant d'engendrer un courant de sortie à partir d' une tension d'entrée et une chute de tension déterminée dans une résistance de référence, circuit qui est appelé convertisseur de tensioncourant, caractérisé en ce que dans une branche parallèle à la résistance de référence (R 1) est engendré un second courant, qui provoque une chute de ten- sion déterminée par la même tension d'entrée dans une seconde résistance de référence (R 2) insérée dans la branche et présen- tant la même résistance par unité de surface, la même longueur et une largeur différente et en ce que la différence entre les courants traversant les résistances (RO, R 2) forme le courant de sortie du circuit. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les courants traversant les résistances (R 1, R 2) est formée à l'aide d'un miroir de courant ( 1). 3 Circuit selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que les résistances (R 1, R 2) sont insérées dans les lignes d'émetteur des deux transistors (T 1, T 2) dont les ba- ses sont excitées par la tension d'entrée. 4 Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bases des deux transistors (T 1 et T 2) sont excitées par l'intermédiaire d'amplificateurs opérationnels ( 2, 3) qui com- pensent la tension de base émetteur de ces transistors. Circuit selon l'une des revendications 3 ou 4, carac- térisé en ce que les transistors (T 1, T 2) dans les lignes d'é- metteur desquels sont insérées les résistances (R 1, R 2) sont des transistors Darlington. 6 Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que les transistors (T 1, T 2) dans les lignes d'émetteurs desquels sont insérées les résistances (R 1, R 2) sont des transistors à ef- fet de champ. -7- 7 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est sous forme de circuit semiconducteur intégré monolithique et les résistances (R 1 et R 2) sont formées par des zones dopées dans le corps semiconducteur.