Brevet FR2574961A1 — publié le 19860620

la présente invention concerne des circuits sommateurs de courants électriques, en particulier des circuits sommateurs de courants qui peuvent être intégrés monolithiquement et sont donc utilisables dans des circuits intégrés pour générer des signaux de mesure relatifs à plusieurs flux de courant. De tels circuits sommateurs fournissent en sortie un cou- rant dont l'intensité est égale à la somme des intensités des courants individuels en entrée ou un courant dont l'intensité est proportionnelle à cette somme, toujours indépendamment du sens de ces courants en entree. Dans les circuits sommateurs de courant intégrés monoli- thiquement, on préfère en général effectuer une atténuation de tous les courants sur lesquels on opère, de manière à réduire aussi l'absorption totale de courant d'alimentation que de tels circuits sommateurs exigent pour pouvoir traiter les courants en entrée. Le circuit sommateur de courants le plus simple, - actuellement utilisé dans les circuits intégrés pour effectuer la somme des intensités de courants ayant des sens opposés, comprend, comme indiqué sur la fig. 1 des dessins, un premier M1, un deuxième M2 et un troisième M3 circuits miroirs de cou- rant, comportant chacun une branche d'entrée et une branche de sortie dans lesquelles sont contenues des résistances propres à déterminer un facteur de proportionnalité entre les courants qui passent dans ces branches. Sur les dessins, les circuits miroirs de courant, réalisables de façon connue des spécialis- tes, sont représentés par des blocs rectangulaires, dans les- quels sont également représentées symboliquement les branches d'entrée et de sortie avec les résistances qui y sont contenues. Les branches d'entrée sont identifiées au moyen de petits cercles. A côté de chaque résistance, identifiée par un numéro, est indiquée sa valeur, exprimée au moyen d'une valeur constante R et d'un coefficient K de valeur prédéfinie. La branche d'en- trée du premier circuit miroir de courant M1, dans laquelle est contenue une première résistance 1 de valeur R, constitue une première borne d'entrée du circuit sommateur, Ia branche de sortie-de ce circuit M1, dans laquelle est contenue une deuxième résistance 2 de valeur KR, est raccordée à la branche d'entrée du deuxième circuit miroir de courant M2, dans laquelle est contenue une troisième résistance 3 de valeur KR. La branche d'entrée du troisième circuit miroir de courant M3, dans laquelle est contenue une quatrième résistance 4 de valeur R, constitue une deuxième borne d'entrée du circuit sommateur, à laquelle on peut appliquer un courant ayant un sens opposé, selon les conventions électrotechniques connues des spécialistes, par rapport au courant qui est appliqué à la première entrée. Les branches de sortie des circuits M2 et M3, dans lesquel- les sont respectivement contenues une cinquième résistance 5 de valeur KR et une sixième résistance 6, elle aussi de valeur KR, sont reliées l'une à l'autre en un noeud de circuit S qui constitue une borne de sortie du circuit sommateur. On examinera maintenant le fonctionnement du circuit somma- teur représenté sur la fig. 1, lorsqu'il est appliqué, aux deux bornes d'entrée, des courants ayant, comme on l'a indiqué, des sens opposés suivant les conventions électrotechniques connues, par exemple un courant entrant IA sur la première borne d'entrée et un courant sortant IB sur la seconde borne d'entrée. Le rapport entre les résistances 2 et 1 étant égal à K, on détermine sur la branche de sortie du circuit M1 un courant entrant IA/K, dont l'intensité est précisément K fois inférieu- re à celle du courant IA. Ce courant IA/K, sortant-par rapport au circuitmiroir de courant M2, à la branche d'entrée duquel il est appliqué, détermine sur la branche de sortie de ce circuit un courant sortant IA/K qui est identique à lui, les valeurs des résistances 3 et 5 étant égales. De même, le courant IB détermine, sur la branche de sortie du circuit miroir de courant M3, un courant sortant IB/K dont l'intensité est précisément K fois inférieure à celle du courant IB, puisque le rapport entre les valeurs des résistances 6 et 4 est égal à K. Il est ainsi sommé, dans le noeud de circuit S, les deux courants iA/K et IB/K qui y confluent, ce qui fait qu'à la borne de sortie du circuit sommateur, il est disponible un courant de sortie IS = IA + IB/K, dont l'intensité est égale à la somme des intensités des courants IA et iB multipliée par le coefficient 1/K et est égale en particulier à cette somme lorsque K = 1. Mais comme on l'a vu dans le préambule, on préfère atténuer tous les courants sur lesquels on opère et, par conséquent, on choisit en général une valeur de K supérieure à 1. Le but de la présente invention est de réaliser un circuit sommateur de courants, intégré monolithiquement, qui soit plus avantageux économiquement et garantisse une précision plus éle- vée que les circuits sommateurs de l'état connu de la technique. Ce but est atteint avec un circuit sommateur de courants, inté- gré monolithiquement, comprenant un circuit miroir de courant dont la branche d'entrée constitue une première borne d'entrée du circuit sommateur et dont la branche de sortie est raccordée, par l'intermédiaire de deux résistances en série entre elles, à une référence de tension; le point de jonction entre ces résis- tances constitue une seconde borne d'entrée du circuit sommateur; le circuit sommateur comprend aussi un convertisseur de tension en courant qui présente une première et une seconde bornes d'en- trée reliées respectivement à la branche de sortie du circuit miroir de courant et à la référence de tension, et une borne de sortie qui constitue la borne de sortie du circuit sommateur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, donnée à titre d'exemple et, par suite, non limitative, en référence aux dessins ci-annexés. La fig. 1 est le schéma par blocs, déjà décrit précédemment, d'un circuit sommateur de courants de la technique connue. La fig. 2 est le schéma d'un circuit sommateur de courants suivant l'invention, intégrable monolithiquement. la fig. 3 est le schéma d'une forme de réalisation diffé- rente d'un circuit sommateur de courants suivant l'invention. Sur les figures, on a utilisé les mêmes lettres et chiffres de référence pour les parties correspondantes. Le schéma d'un circuit sommateur de courants suivant l'invention, représenté sur la fig. 2, comprend un circuit miroir de courant M, présentant une branche d'entrée et une branche de sortie dans lesquelles sont respectivement insérées une première résistance 1', de valeur R, et une seconde résis- tance 2' de valeur KR. Ces résistances sont propres à déterminer un facteur constant de proportionnalité entre les courants qui passent dans les deux branches. Sur la fig. 2, on a utilisé, pour le circuit miroir de courant et les résistances, la même représentation symbolique que sur la fig. 1. La branche d'en- trée du circuit miroir de courant M constitue une première borne d'entrée du circuit sommateur. La branche de sortie du circuit miroir de courant M est reliée à une référence de tension V F par l'intermédiaire d'une troisième résistance 3', de valeur (K - 1)R et d'une quatrième résistance 4', de valeur R, montées en série entre elles. La branche de sortie du circuit MI est raccordée à la résistance 3' en un noeud de circuit S'. Le point de jonction entre les deux résistances 3' et 4', désigné par P', constitue une seconde borne d'entrée du circuit sommateur. Le schéma du circuit sommateur représenté sur la fig. 2 comprend aussi un convertisseur de tension en courant CONV, représenté au moyen d'un bloc rectangulaire dans lequel est indiquée la relation de conversion de tension en courant I = KV de ce convertisseur, le facteur de conversion étant donc égal à K'R, K' pouvant être égal à K ou différent. Le convertisseur CONV présente une première et une seconde bornes d'entrée et une borne de sortie. La première et la seconde bornes d'entrée du convertis- seur sont raccordées respectivement au noeud de circuit S' et à la référence de tension VREF. La borne de sortie du convertisseur constitue une borne de sortie du circuit sommateur. Le circuit miroir de courant MI comme le convertisseur CONV peuvent être réalisés de façon connue des spécialistes, On examinera maintenant le fonctionnement du circuit sommateur de courant selon l'invention représenté sur la fig. 2, lorsqu'il est appliqué dans ce cas encore, aux deux bornes d'entrée, des courants ayant, suivant les conventions électro- Techniques connues, des sens opposés, par exemple un courant sortant IA à la première borne d'entrée et un courant entrant Il à la seconde borne d'entrée. Le rapport entre les résistances 2' et 1' du circuit miroir de courant Mi étant égal à K, il est produit, sur la branche de sortie de ce circuit, un courant sortant I/K dont l'intensité est précisément K fois inférieure à celle du courant Il. Du fait que, comme on le sait, l'impédance de sortie d'un circuit miroir de courant, tel que M;, et l'impédance d'entrée d'un convertisseur tension-courant, tel que CONV, sont théoriquement infinies, le courant en entrée Il peut seul passer à travers la résistance 4'. la tension V entre le noeud de circuit S' et la référence de tension VREF est donc: K V = E go(E-1)R+R J + Il R =(IÀ + Il) R - Le courant IS en sortie du convertisseur et disponible sur la borne de sortie du circuit sommateur est donc: I' + S - -1 - -- ---: K'R étant le facteur de conversion tension-courant. L'intensité du courant de sortie I est donc proportion- nellç à la somme des intensités des courants Ik et I selon un coefficient de proportionnalité 1/K' et, en particulier, elle est égale à cette somme lorsque K' = 1. Il convient de faire observer en réalité que le schéma de circuit de la fig. 2 n'a matériellement de signification que quand la valeur de K est supérieure à 1, c'est-à-dire quand on préfère atténuer tous les courants sur lesquels on opère, afin de réduire, toujours dans l'esprit de l'invention, l'ab- sorption de courant d'alimentation. Pour K = 1, il n'y a pas de résistance 3', ce qui fait que le point P' coincide avec le noeud de circuit S'. Il pourrait toutefois y avoir aussi des applications techniques qui exigent un coefficient K supérieur à 1, afin que les courants sur lesquels on opère soient amplifiés, indépen- damment de la valeur du facteur K' de la conversion finale. Dans ce cas, une valeur (K - 1)R pour la résistance 3' n'aurait pas de signification matérielle et il convient donc d'utiliser, pour K > 1, un schéma de circuit modifié, tel que représenté sur la fig. 3. Comme on peut le noter, dans cette forme de réalisation différente d'un circuit sommateur de courants, qui entre toute- fois dans le cadre de l'invention, la branche de sortie du circuit miroir de courant, désigné là. encore par M^, est raccor- dée, non pas au noeud de circuit S', mais au point de jonction pI 1. Ia seconde borne d'entrée est constituée par contre par le noeud de circuit S'. Dans ce cas, les valeurs des résistances 3' et 4' sont respectivement (1-K)R et KR. On peut alors constater qu'en appliquant aux bornes d'en- trée deux courants de sens opposés Il et I, la tension V entre le noeud de circuit S' et la référence de tension VREF est encore A V = IB L-(1-K)R+KRJ + -. KR = (IA + I)R K et que le circuit sommateur de la fig. 3 est donc parfaitement analogue à celui de la fig. 2. Les avantages d'un circuit sommateur de courants selon l'invention apparaissent évidents si l'on considère qu'actuel- lement, la complexité de circuit d'un convertisseur de tension en courant, plus un diviseur de tension (tel que le diviseur constitué par les deux résistances 3' et 4') est à peu près équivalente à celle d'un circuit miroir de courant: un circuit sommateur de l'état connu de la technique comprend donc au moins un circuit miroir de courant en plus. La moindre complexi- té de circuit et la moindre occupation de surface d'intégration qui en résulte rendent, pour cette raison, un circuit sommateur de courants selon l'invention économiquement avantageux par rapport à ceux qui sont connus. Dans le cas d'un circuit sommateur réalisé selon le schéma de la fig. 2, c'est-à-dire de celui qui est généralement préfé- rable dans les circuits intégrés, l'emploi de résistances pro- pres à déterminer des rapports de courant prédéfinis est sûre- ment plus limité, en comparaison de celui qui est effectué dans le circuit connu de la fig. 1. Si l'on considère en effet que pour le convertisseur CONV, une résistance de valeur KR est indispensable, il est simplement nécessaire de prévoir des résistances pour une valeur maximale d'ensemble de (3K+1)R, contre une valeur d'ensemble de (4K+2)R dans le circuit connu. Du fait que, dans les circuits intégrés, la réalisation des résistances entraîne d'inévitables erreurs dans la détermina- tion des rapports entre les valeurs de ces résistances, une moindre utilisation de résistances propres à déterminer des rapports de courant prédéfinis garantit au circuit sommateur selon l'invention une plus grande précision, à égalité évidem- ment de tous les autres paramètres. Eu égard au fait qu'il n'a été représenté et décrit que deux exemples d'exécution de l'invention, il va de soi que de nombreuses variantes sont possibles sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Un circuit sommateur de courants suivant le schéma de la fig. 2 ou celui de la fig. 3 pourrait par exemple comprendre un nombre quelconque de circuits miroirs de courant et un nombre quelconque de diviseurs d'en- trée, reliés entre eux au noeud de circuit S' et comprenant des résistances ayant n'importe quelles valeurs prédéfinies, - exprimables par des coefficients Kn même différents d'un élément à l'autre, afin d'obtenir non seulement de simples sommes de deux courants, mais aussi des combinaisons linéai- res d'un nombre quelconque de courants ayant des sens quelcon- ques. Dans un tel cas, un circuit sommateur selon l'invention pourrait fonctionner comme un circuit élaborateur de courants. REVENDICATIONS 1. Circuit sommateur de courants électriques intégré monoli- thiquement, comprenant au moins un circuit miroir de courant (MI) comportant une branche d'entrée et une branche de sortie dans lesquelles sont insérées respectivement une première (1') et une seconde (2') résistances propres à déterminer un facteur constant de proportionnalité entre les courants qui passent dans ces branches d'entrée et de sortie, la branche d'entrée de ce circuit miroir de courant étant une première borne d'en- trée du circuit sommateur, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur (CONV) de tension en courant, comportant une première et une seconde bornes d'entrée et une borne de sortie, cette borne de sortie étant une borne de sortie du circuit sommateur, et au moins une troisième résistance (3') dont une première borne est raccordée à la première borne du convertis- seur et la seconde borne est raccordée, par l'intermédiaire d'une quatrième résistance (4'), à une référence de tension (VREF), l'une des première et seconde bornes de la troisième résistance (3-') étant une seconde borne d'entrée du circuit sommateur, l'autre borne de la troisième résistance (3') étant raccordée à- la branche de sortie du circuit miroir de courant (M1), la seconde borne d'entrée du convertisseur (CONV) étant raccordée à une référence de tension. 2. Circuit sommateur de courants selon la revendication 1, caractérisé en ce que la borne de la troisième résistance (3') qui est raccordée à la branche de sortie du circuit miroir de courant (M1) est la première borne de cette résistance, et en ce que la valeur de la troisième résistance (5') est sensible- ment égale à la différence entre les valeurs de la seconde (2') et de la première (1') résistances et la valeur de la quatrième résistance (4') est sensiblement égale à la valeur de la première résistance (1'). 3. Circuit sommateur de courants selon la revendication 1, caractérisé en ce que la borne de la troisième résistance (3') qui est raccordée à la branche de sortie du circuit miroir de courant (MI) est la seconde borne de cette résistance, et en ce que la valeur de la troisième résistance (3') est sensiblement égale à la différence entre les valeurs de la première (1') et de la seconde (2') résistances et la valeur de la quatrième résistance (4') est sensiblement égale à la valeur de la seconde résistance (2'). 4. Circuit sommateur de courants électriques, intégré mono- lithiquement, comprenant au moins un circuit miroir de courant (Mi) comportant une branche d'entrée et une branche de sortie dans lesquelles sont insérées respectivement une première (1') et une seconde (2') résistances propres à déterminer un facteur constant de proportionnalité entre les courants qui passent dans ces branches d'entrée et de sortie, la branche d'entrée de ce circuit miroir de courant étant une première borne d'en- trée du circuit sommateur, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur (CONV) de tension en courant, comportant une première et une seconde bornes d'entrée et une borne de sortie, cette borne de sortie étant une borne de sortie du circuit sommateur, la première borne de ce convertisseur (CONV) étant raccordée à la branche de sortie du circuit miroir de courant (MI) en un noeud de circuit (S', P') qui est une seconde borne d'entrée du circuit sommateur et qui est raccordé, par l'inter- médiaire d'une résistance (4'), à une référence de tension (VRPF), la seconde borne du convertisseur (CONV) étant raccordée à une référence de tension.