Brevet FR2667960A1 — publié le 19920417

La présente invention est relative à un dispositif d'établissement d'un courant dans une partie analogique d un circuit intégré logique et analogique. Plus particulièrement, la présente invention est relative à un tel dispositif conçu pour l'établissement d'un tel courant dans un circuit intégré de puissance dit " intelligent". On connait des circuits intégrés comprenant des broches d'entrée et ou de sortie conçues pour recevoir ou émettre des signaux numériques, traités ou élaborés dans une partie logique du circuit, et pour commander des grandeurs analogiques de sortie. Les circuits de puissance dit "intelligents" sont des exemples de tels circuits dans lesquels des signaux numériques de commande et/ou de diagnostic sont traités dans une partie logique attenante à une partie analogique comprenant un transistor de puissance commandant le passage d'un courant d'alimentation dans une charge extérieure au circuit. Dans un tel circuit on peut avoir besoin d'un courant de référence, par exemple pour assurer une polarisation correcte d'un sous-circuit, ou pour limiter, piloter ou réguler un courant de sortie alimentant une charge. Or les procédés actuels de fabrication des circuits intégrés ne permettent pas de réaliser directement des sources de courant internes précises. Il faut alors avoir recours à des procédés d'ajustement internes ou à des moyens d'ajustement à base de composants externes tels qu'une résistance. Les procédés d'ajustement internes, qui font appel à l'utilisation de diodes Zener dites " ZAP", de fusibles ou de mémoires programmables, entraînent un accroissement de la surface de la puce matérialisant le circuit intégré. En outre la mise en oeuvre du procédé d'ajustement accroît les temps de fabrication et le nombre des rejets au moment du tri des puces fabriquées. Cette solution n'est pas viable quand on recherche une fabrication aussi économique que possible. L'utilisation d'une résistance externe implique la présence d'une broche spécialisée supplémentaire sur le boîtier de la puce et d'un plot de connexion correspondant sur la puce elle-même, dispositions qui elles aussi renchérissent le produit fabriqué. Les deux procédés connus ne sont donc pas économiques, ce qui est pariculièrement dommageable dans le cas de fabrication en grande série à bas prix de revient tel qu'on en rencontre en électronique automobile. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif d'établissement d'un courant dans une partie analogique d'un circuit intégré logique et analogique, qui ne fasse appel ni à un ajustement interne ni à une résistance externe connectée à une broche spécialisée du circuit. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel dispositif qui soit de réalisation particulièrement économique. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront dans la suite de la présente description, avec un dispositif d'établissement d'un courant dans une partie analogique d'un circuit intégré logique et analogique, remarquable en ce qu'il comprend a) une impédance externe connectée entre une source de tension d'alimentation du circuit et une broche reliée à une entrée à haute impédance de la partie logique de ce circuit, b) une branche interne du circuit analogique connectée entre cette broche et la masse du circuit et c) un circuit externe émetteur de signaux logiques connecté à cette broche par une sortie logique qui présente une haute impédance dans l'un de ces deux états logiques, un courant prédéterminé s'établissant dans ladite branche quand ladite sortie est à l'état haute impédance. En utilisant ainsi une broche d'entrée logique du circuit intégré pour l'établissement du courant recherché dans ce circuit, on économise avantageusement la broche spécialisée qui était nécessaire antérieurement à l'invention. Suivant un premier mode de réalisation du dispositif selon 1 invention, celui-ci comprend des moyens pour régler la tension aux bornes de l'impédance externe quand la sortie logique du circuit émetteur est à l'état haute impédance, de manière à ajuster l'intensité du courant passant dans la branche de la partie analogique qui est connectée en série à cette impédance externe. Suivant un mode de réalisation de moyens de réglage internes au circuit intégré, ceux-ci comprennent une source de tension de référence interne, un transistor de contrôle du courant circulant dans la branche de la partie analogique du circuit en série avec l'impédance externe et un comparateur dont les entrées sont alimentées par la source de tension de référence et par la tension établie sur la broche d'entrée logique du circuit, la sortie du comparateur commandant la conduction du transistor. Suivant une première application du dispositif selon l'invention, la partie analogique comprend des moyens pour recopier plusieurs fois le courant circulant dans la branche connectée à l'impédance externe, dans autant de sous-circuits de polarisation utilisés dans le circuit intégré. Suivant une deuxième application du dispositif selon l'invention, la partie analogique comprend un transistor de contrôle du passage d'un courant dans une charge extérieure au circuit, la partie logique commandant ce transistor en commutation. La partie analogique peut alors comprendre des moyens pour régler l'intensité du courant passant dans ladite charge en fonction de celle du courant établi dans la branche de cette partie qui est connectée en série à l'impédance externe. Suivant une variante, la partie analogique comprend des moyens pour régler l'intensité du courant passant dans l'impédance externe en fonction du courant circulant dans la charge. On peut alors mesurer le courant dans cette charge à partir d'une mesure de tension aux bornes de la référence externe. Suivant une autre variante, la partie logique du circuit intégré comprend des moyens pour commander une limitation du courant dans la charge. Un circuit de démarrage est alors placé entre l'entrée de la partie logique et une électrode de contrôle du transistor de contrôle du passage d'un courant dans la charge. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma du dispositif suivant l'invention, - la figure 2 représente des graphes de tension utiles à l'explication du fonctionnement du dispositif suivant l'invention, - la figure 3 est un schéma de câblage d'un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, - la figure 4 est un schéma de câblage d'un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, appliqué à la commande ou à la mesure du courant dans une charge externe au circuit intégré, et - la figure 5 est un schéma de câblage d'une variante du dispositif de la figure 4. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où le dispositif schématisé comprend un circuit intégré 1 présentant une partie analogique 2 et une partie logique alimentée par au moins une entrée logique EL 3 connectée à une broche d'entrée 4 du circuit intégré. Un deuxième circuit 5, dit émetteur, comprend une broche de sortie 6 qui émet des signaux logiques recueillis par la broche 4 du circuit intégré grâce à une ligne 9, pour être traités dans la partie logique de ce circuit. Une source de tension E est connectée aux broches d'alimentation 7,8 et 7', 8' des circuits 1 et 5 respectivement. Suivant une caractéristique essentielle du dispositif selon 1 invention, dont on expliquera l'importance dans la suite, un générateur de courant est connecté entre les broches 7 et 4 du circuit 1. Cette génération de courant peut être établie par une impédance et, de préférence, par une simple résistance pure Rext' comme représenté, ou par tout autre moyen de génération de courant connu en microélectronique. La résistance externe R ext est aussi connectée entre la borne positive de la source de tension E et la sortie logique 6 du circuit émetteur 5. Comme schématisé à titre d'exemple par le transistor QE du type MOS, cette sortie est du type à drain ouvert qui impose un seul état logique sur la sortie 6, par exemple un état "bas", par mise en conduction du transistor QE. L'autre état logique, "haut", est réglé par la résistance R ext qui peut être ajustée avec précision du fait qu'elle est extérieure au circuit intégré 1. Sur la figure 2, le graphe référencé 6 illustre les deux états logiques possibles établis sur la sortie 6 du circuit 5. L'entrée logique 3 du circuit 1 est sensible à un signal logique de niveau supérieur au niveau A, inférieur à E. Le courant admis par l'entrée logique 3 peut être considéré comme négligeable, si cette entrée est réalisée en technologie MOS par exemple. La partie analogique 2 du circuit intégré 1 impose, à l'état "haut", une différence de tension E-V1 sur la ligne 9. Suivant l'invention, cette tension V1 est comprise entre A et E (voir figure 2). Dans ces conditions, on comprend que le courant 1m qui entre dans la partie analogique 2 du circuit intégré 1 est tel que 1m = ( E-V1 ) /Rext quand la sortie 6 du circuit 5 est à l'état "haute impédance". En effet, la consommation de cette sortie est alors négligeable de même que celle de l'entrée logique 3. Quelles que soient les variations de la tension d'alimentation E, pour autant que la tension V1 ne descende pas au-dessous du seuil A, le courant 1m peut être utilisé par la partie analogique 2 du circuit 1 en tant que courant de référence, ajusté par la résistance externe Peut de précision agissant alors en générateur de courant de référence. Bien entendu ceci n'est possible que si le circuit intégré 1 n'a pas besoin d'être alimenté en permanence par un courant de référence. Le courant de référence n'est disponible que lorsque la sortie 6 est à ltétat "haute impédance", pour éviter toute consommation de courant de ce côté. C'est à ce prix que, suivant l'invention, on économise avantageusement une broche dans la fabrication du circuit intégré 1 analogique et numérique. On verra dans la suite, en liaison notamment avec les figures 4 et 5, des exemples d'application du dispositif suivant l'invention où cette disponibilité partielle dans le temps d'un courant de référence est sans inconvénient. Ayant ainsi expliqué le principe qui est à la base de la présente invention, on se réfère à la figure 3 du dessin où l'on a représenté un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, appliqué par exemple à la polarisation de sous-circuits internes au circuit intégré 1. Sur cette figure on retrouve la résistance Rext connectée entre une ligne à la tension E et la broche 4 du circuit 1, commandée par une sortie logique d'un circuit émetteur (non représenté) tel que le circuit 5 de la figure 1. A l'état "haute impédance" de cette sortie, on comprend que le courant 1m entrant dans le circuit par la broche 4 est réglé par un régulateur classique constitué par le comparateur C1 commandant un transistor Q1, du type MOS par exemple, dont le circuit drain-source est placé en série avec la résistance Rext La borne positive du comparateur C1 est connectée à une source de tension de référence Vref interne au circuit 1 (une diode Zener, par exemple) alors que la borne négative de ce comparateur est connectée à la broche 4.La tension (E-V1) est alors asservie à Vref par le régulateur (C1, Q1) appartenant à la partie analogique du circuit. Le courant I entre dans une branche 10 de la partie m analogique du circuit intégré 1, connecté entre la broche 4 et la masse. Ce courant est tel que I = Vref /R m ref ext Le courant I ainsi réglé peut constituer un courant m de référence interne précis. Un transistor Q2 monté en série avec le transistor Q1, est monté en miroir de courant avec une pluralité de transistors Q3 à Q débitant des courants de référence i3 n à i n précis, images de 1m et donc propres à servir à la polarisation d'autant de sous-circuits du circuit intégré 1. C'est là donc une première application du dispositif suivant l'invention. D'autres applications sont illustrées par les modes de réalisation des figures 4 et 5. Dans ces figures et dans les figures précédentes, des références identiques repèrent des organes ou ensembles identiques ou similaires. On retrouve ainsi dans le dispositif de la figure 4 le régulateur (C1, Q1) du dispositif de la figure 3 et le montage de transistors en miroir de courant (Q2, Q3 à Dans les cellules Q3 à Q du miroir de courant passent des n courants qui traversent une charge R c alimentée par une source de tension V. L'entrée logique 3 contrôle la grille d'un transistor Q p qui commande, en tout ou rien, le passage du courant dans la charge, en amont du miroir de courant. On a ainsi représenté une partie d'un circuit de puissance "intelligent" conçu pour commander l'alimentation de la charge et pour diagnostiquer, éventuellement, des défauts de fonctionnement de la charge ou du circuit, à l'aide de moyens non représentés. Deux applications différentes sont illustrées, chacune correspondant à une des positions a et b de deux commutateurs couplés (SW1, SW2) à deux positions. Le commutateur SW1 est inopérant sur la position a et courtcircuite le régulateur (C1, Q1) en position b. Le commutateur 5W2 est installé entre les grilles des transistors d'une part, et la broche 4 (position a), ou les drains (par exemple) des transistors Q3 à Q n (position b) d'autre part. Quand les commutateurs sont sur la position a, comme représenté à la figure, le courant I est recopié dans les m cellules Q3 à Q du miroir de courant, le courant dans la n charge Rc étant alors constitué par la somme des courants dans ces cellules. Avec ce montage il est clair que l'on peut imposer le courant dans la charge R c en réglant convenablement Im, par une action sur la valeur de l'impédance externe R ext ou sur la valeur de la tension de référence Vref C'est là une deuxième application du dispositif suivant l'invention. Quand les commutateurs sont fermés sur le contact b, c'est au contraire le courant dans la charge qui est recopié dans la branche de la partie analogique du circuit qui est connectée en série avec l'impédance externe Rext' par l'intermédiaire du circuit drain-source du transistor Q2 et du commutateur SW1 qui court-circuite le transistor Q1 On notera que le commutateur SW1 est nécessaire pour éviter toute perturbation qui pourrait être créée par le circuit régulateur (C1, Q1) En mesurant la tension aux bornes de l'impédance externe Rextr à l'aide de moyens connus (non représentés) on peut mesurer du même coup le courant circulant dans la charge. C'est là une troisième application du dispositif suivant l'invention. La figure 5 représente une variante du dispositif de la figure 4, conçue pour assurer une coupure automatique (disjonction) du courant dans la charge R c quand l'intensité de ce courant tend à dépasser une certaine valeur. Comme on le voit sur la figure 5, l'entrée logique 3 commande le transistor Q p à travers un circuit de discrimination 15 dont on expliquera le rôle dans la suite. On observera que la recopie du courant de charge dans le circuit d'entrée (est, Q2) fait chuter la tension d'entrée V. de l'entrée logique 3 de la valeur Rext X Im Quand, du fait d'un dépassement par le courant 1m d'une valeur de consigne, cette tension d'entrée descend en dessous du seuil de basculement de l'entrée logique (voir figure 1), il y a blocage du transistor Qp et donc coupure du courant dans la charge. On obtient ainsi la disjonction souhaitée. Cependant, du fait de la coupure du courant dans la charge, la tension V. remonte au-dessus du seuil de commutation de l'entrée logique ce qui, en l'absence de contre mesure, aurait pour effet de remettre la charge en conduction. Pour empêcher cette remise en conduction, après disjonction, qui pourrait détériorer la charge et le circuit intégré, l'invention propose d'utiliser le circuit de discrimination 15 précité, installé entre l'entrée logique 3 et le transistor Qp On remarquera que le comparateur de l'entrée logique 3 des modes de réalisation précédent a été supprimé et remplacé par deux comparateurs C2, C3, sensibles respectivement à des franchissements de seuil Vlh (haut) et Vlb (bas) respectivement, le seuil Vlh correspondant au seuil de disjonction souhaité et Vlb On notera que le courant maxi dans la charge sera défini par R ext en fonction du seuil Vlh par la relation 1max - k(E-Vlb)/Rext où k est le rapport des courants défini par le nombre des transistors Q3 à Le circuit 15 comprend en outre une bascule 11 du type D dont les entrées S et H (horloge) sont connectées, à travers des inverseurs 12, 13 respectivement, aux sorties des comparateurs C3 et C2 respectivement. L'entrée D de la bascule est à la masse. La sortie Q de la bascule est connectée à une entrée d'une porte ET 14 comprenant une autre entrée connectée à la sortie du comparateur C3. Lors de la mise à l'étant actif du circuit intégré, la tension V. monte, passe par le seuil Vlb, ce qui entraîne 1) le passage à 1 de la sortie du comparateur C3 et donc d'une des entrées de la porte ET 14, 2) le passage à O de la sortie de l'inverseur 12 qui positionne la sortie Q de la bascule 11 à 1 ainsi donc que l'autre entrée de la porte ET 14. La sortie de la porte ET passe alors à l'état 1 entraînant la commutation du transistor Qp Lors d'un dépassement de l'intensité maximum admise dans la charge Rc, la tension V. chute sous le seuil Vlh entraînant en sortie du comparateur C une transition 2 descendante et donc une transition montante sur l'entrée H de la bascule 11 par l'intermédiaire de l'inverseur 13. Cette transition entraîne alors le passage de la sortie Q à l'état logique de l'entrée D, c'est-à-dire 0. La porte ET est alors désactivée et le courant dans la charge R c est coupé par le transistor Qp. . La remontée de la tension Vi comme expliqué précédemment, entraîne une transition descendante sur l'entrée H qui n'a aucun effet. Le réarmement du circuit 15 ne peut alors avoir lieu que par un passage de la commande externe par l'état O (inactif) et un retour à l'état actif comme décrit cidessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'établissement d'un courant dans une partie analogique d'un circuit intégré (1) logique et analogique caractérisé en ce qu'il comprend (a) une impédance externe (Rext) connectée entre une source de tension (E) d'alimentation du circuit et une broche (4) reliée à une entrée (3) à haute impédance de la partie logique de ce circuit, (b) une branche interne (10) du circuit analogique connectée entre cette broche (4) et la masse du circuit et, (c) un circuit externe émetteur (5) de signaux logiques connecté à cette broche (4) par une sortie logique (6) qui présente une haute impédance dans l'un de ses deux états logiques, un courant prédéterminé s'établissant dans ladite branche quand ladite sortie est à l'état haute impédance. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour régler la tension aux bornes de l'impédance externe (Rext) quand la sortie logique du circuit émetteur (5) est à l'état haute impédance, de manière à ajuster l'intensité du courant (Im) passant dans la branche (10) de la partie analogique connectée à la broche (4). 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage (C1, Q1) sont internes au circuit intégré. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage comprennent une source de tension de référence interne (Vref), un transistor (Q1) de contrôle du courant circulant dans la branche (10) de la partie analogique du circuit et un comparateur (C1) dont les entrées sont alimentées par la source de tension de référence (Vref) et par la tension (V1) établie sur la broche (4), la sortie 1 du comparateur (C1) commandant la conduction du transistor (au)' 5.Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie analogique du circuit intégré (1) comprend des moyens (Q2 à Qn) pour recopier le courant (Im) circulant dans la branche connectée à l'impédance externe (Rext) dans au moins un sous-circuit de polarisation utilisé dans le circuit intégré. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie analogique comprend un transistor de contrôle (Qp) du p passage d'un courant dans une charge extérieure (R ) au circuit, et en ce que la partie logique du circuit commande ce transistor en commutation. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la partie analogique comprend des moyens pour régler l'intensité du courant passant dans ladite charge en fonction de celle du courant (Im) établi dans la branche (10) de cette partie qui est connectée en série à l'impédance externe (peut) 8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage sont constitués par un montage de transistors (Q2,Q3,.. Q ) en n miroir de courant. 9. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la partie analogique comprend des moyens pour régler l'intensité du courant passant dans l'impédance externe (Rext) en fonction du courant circulant dans la charge (Rc). 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage sont constitués par un montage de transistors (Q2 Q3 Qn) en miroir de courant, installé entre le circuit de la charge et la branche (10) de la partie analogique qui est connectée en série à l'impédance externe (est) 11. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la partie logique du circuit intégré comprend des moyens pour commander une limitation du courant dans la charge (Rc). 12. Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un circuit de discrimination (15) placé entre l'entrée logique (3) et une électrode de contrôle du transistor de contrôle (Q ) du passage d'un courant dans p la charge (Rc), ce circuit étant sensible au sens de franchissement d'un seuil de tension sur l'entrée logique (3) pour empêcher une remise en conduction parasite du transistor (Q ) après un blocage de ce transistor commandé p pour limiter le courant dans la charge. 13. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'impédance externe est une résistance pure (Rext) 14. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un générateur de courant est substitué à l'impédance externe.