Brevet FR2669790A1 — publié le 19920529

"Circuit intégré présentant un générateur de courant commutable". La présente invention a pour objet un circuit intégré présentant un générateur de courant commutable présentant un état de fourniture de courant et un état de prélèvement de courant. La demande de brevet européen déposée par la Demanderesse le 20 décembre 1989 et publiée le 4 juillet 1990 sous le nO 376383 concerne un circuit intégré comportant les deux états précités ainsi qu'un état de haute impédance. Les circuits à injection de charge ("charge-pumps") fournissent ou soutirent à la charge (capacitive ou inductive) un courant constant en fonction d'un signal de commande qui détermine le sens du courant. Le mode de réalisation le plus connu pour ce type de circuit est l'étage différentiel à charge active, dont la vitesse est limitée par la fréquence de coupure des transistors pnp de la charge active. Or, dans les circuits intégrés, les transistors npn sont toujours beaucoup plus rapides en commutation. L'antériorité précitée a proposé une solution selon laquelle la fonction de commutation est assurée uniquement à l'aide de transistors npn, de manière à obtenir une vitesse élevée de commutation. A cet effet, une source de courant commandable, à transistors npn, est mise en oeuvre, et la valeur de son courant nominal est de l'ordre de celle du courant à fournir en sortie. L'invention concerne un circuit à deux états du type précité, mais dans lequel la vitesse de commutation peut être encore augmentée. Dans ce but, un circuit selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une première et une deuxième source de courant de même intensité nominale ainsi qu'une troisiè me source de courant ayant une intensité nominale inférieure à la précédente (et de préférence égale à la moitié de celle-ci) et présentant une borne de sortie, ainsi qu'un dispositif de commutation à transistors npn présentant un premier état correspondant audit état de fourniture de courant et selon lequel d'une part la première source de courant est mise en série avec la troisième source de courant1 et d'autre part la deu xième source de courant est connectée à un moyen de dérivation de courant, ainsi qu'un deuxième état correspondant audit état de prélèvement de courant et selon lequel la première source de courant est mise en série au niveau de la borne de sortie avec la deuxième source de courant. Les sources de courant mises en oeuvre ont ainsi toujours la même intensité et seul le dispositif de commutation change d'état. Le fonctionnement en est accéléré car le dispositif de commutation peut travailler avec des courants bien inférieurs à la valeur nominale des courants des sources de courant. Une quatrième source de courant, peut être montée en miroir de courant avec la première source de courant, et notamment avoir la même intensité nominale. La dispersion sur les valeurs des courants peut être avantageusement améliorée en générant les courants d'au moins les première et deuxième (et éventuellement la troisième) sources de courant à partir d'une même première tension de référence. Un état de haute impédance du générateur de courant peut être obtenu selon un premier mode de réalisation en disposant une résistance en série entre une borne d'alimentation à la première tension de référence et une borne de commande de la troisième source de courant ainsi qu'un premier moyen de commutation à deux états1 à savoir un premier état inactif et un deuxième état pour porter ladite borne de commande à un potentiel de blocage de la troisième source de courant, ledit deuxième état correspondant audit état de haute impédance n tant activable que lorsque le dispositif de commutation est dans son deuxième état. Un troisième état de haute impédance du générateur de courant peut être obtenu selon un deuxième mode de réalisation en générant le courant de la troisième source de courant à partir d'un deuxième moyen de commutation à deux états, à savoir un premier état correspondant au passage dudit courant nominal dans la troisième source de courant1 et un deuxième état correspondant à un blocage de la troisième source de courant, ledit deuxième état, correspondant audit état de haute impédance, n'étant activable que lorsque le deuxième dispositif de commutation est dans son deuxime état. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, en liaison avec les dessins qui représentent - les fig. la et lb un générateur de courant selon l'invention en son état respectivement de fourniture et de prélèvement de courant, - la fig. 2 un mode de réalisation préféré de l'invention, - la fig. 3a et 3b deux modes de réalisations permettant d'obtenir également un état de haute impédance. Selon les figures la et 1b, une source de courant 1 peut être mise en oeuvre en série alternativement avec une source de courant 2 de même intensité nominale 21 et avec une source de courant 3 d'intensité nominale inférieure, et en particulier égale à la moitié I de la précédente.Plus préci serment, un commutateur iO actionné par une commande K présente deux positions, une première position (Fig. la) dans laquelle la source de courant 1 est isolée de la source de courant 2 et est mise en série avec la source de courant 3, la source de courant 2 étant connectée à une borne Il de manière à ce qu'elle puisse continuer à débiter du courant ; et une deuxième position (Fig. lb) dans laquelle les sources de courant 1 et 2 sont en série, et la source 1 est découplée de la source 3. Dans la première position, la sortie S (point commun aux première et troisième sources de courant) est parcou rue par la différence entre les courants des premières et troisième sources de courant, le sens de circulation correspondant à une fourniture de courant à une charge extérieure. Dans la deuxième position, la sortie S est parcourue par le courant de la troisième source de courant, le sens de circulation correspondant à un "prélèvement" de courant à une charge extérieure. La première source de courant peut être générée à partir d'un miroir de courant M d'une source de courant 4 qui peut présenter, quoique non nécessairement, la même intensité 21 que la source de courant 1. Les courants des sources de courant I et 2 peuvent être générées à partir d'une même tension de référence, de même qu'éventuellement le courant de la source de courant 3 ce qui permet d'obtenir un appairage des courants considérés. Selon la figure 2, trois transistors npn T11 T2 et T3 ayant dans leurs émetteurs des résistances respectivement R1, R2 et R3 reçoivent sur leur base une même tension de référence VRl, les dimensions desdits transistors et les valeurs desdites résistances étant choisis pour produire les courants nominaux des sources de courant respectivement 4, 2 et 3 dans les trajets collecteur-émetteur desdits transistors.La source de courant 1 est constituée par un transistor pnp Ts ayant son émetteur relié à une source de tension Vcc à travers une résistance Rs, le montage en source de courant étant obtenu par une résistance R4 dont une borne est connectée à la source de tension Vcc et est en série avec une diode en direct D4 connectée d'une part à la base du transistor Ts et au collecteur du transistor T1. Le commutateur 10 comporte deux transistors T8 et T7 couplés par les émetteurs et formant un étage différentiel fonctionnant en commutation. La base du transistor Ts reçoit un signal de commande VK et celle de T7 une tension de référence VR. Le collecteur de T6 est connecté à celui de Ts et le collecteur de T7 est connecté à une source de tension V qui peut être celle délivrant Vcc. Le collecteur de Ts est connecté à celui de T3 à traversune diode en direct D. Le point commun à la diode D et au collecteur de T3 constitue la sortie S du circuit. Lorsque VK est au niveau bas, le transistor T6 est bloqué, le transistor T7 est passant (permettant le passage du courant collecteur de T2) et le courant collecteur du transistor Ts traverse la diode en direct D. La sortie S est parcourue par un courant qui alimente la charge, par exemple un condensateur C, et dont la valeur est la différence des courants de collecteur des transistors Ts et T3g soit par exemple 21 - I = I. Lorsque Vcc est au niveau haut, le transistor T7 est bloqué, et le transistor TB est passant, le courant de collecteur de Ts est évacué par le collecteur de T2 de même valeur nominale (21). La sortie S est parcourue par le courant collecteur du transistor T3, dans le sens d'un "prélèvement" d'un courant, par exemple I, sur la charge, par exemple le condensateur C. La diode D, de préférence une diode Schottky pour diminuer la chute de tension en direct, fait fonction d'interrupteur pour empêcher toute remontée de courant vers le collecteurs des transistors T3 et Ts. On a, selon la description ci-dessus, obtenu la fonction recherchée (deux états de courant de sens différents) en faisant commuter un étage différentiel npn, d'où commutation très rapide, tout en faisant toujours fonctionner les sources de courant à courant constant. Un circuit de verrouillage de niveau ("clamp") permet le cas échéant de maintenir la tension au point S entre un niveau bas et un niveau haut prédéterminés. Ceci peut être en particulier intéressant lorsque la charge est un condensateur d'échantillonnage d'un convertisseur A/N. Pour ce faire, n diodes, ici trois diodes Dlo, D11 et D12, sont disposées en série et en direct entre la sortie S et le pôle de mode commun. Le niveau haut est ainsi fixé à n VD, VD désignant la tension d'une diode en direct. Le niveau bas est obtenu à l'aide d'un transistor T8 dont le collecteur est connecté à la source de tension d'alimentation Vcc, dont l'émetteur est connecté à la sortie S et dont la base reçoit une tension de référence VR2.Le niveau bas est ainsi fixé à VR2-Vbe, Vbe désignant la tension base-émetteur d'un transistor (environ 0,7V). Aux figures 3a et 3b, on a représenté un état de haute impédance qui est obtenu en mettant hors fonction la source de courant 3. A la figure 3a, un transistor T4 a son émetteur connecté à celui de T3 et son collecteur au potentiel Vcc, et il reçoit sur sa base un signal à deux états VR4. Lorsque VK est au niveau haut la tension de base VR4 de T4 peut, soit être à un niveau bas bloquant le transistor T4 (ce qui nous ramène au cas précédentj, soit à un niveau haut supérieur à VR1 d'une quantité suffisante pour commuter l'étage diffé rentiel (T3, T4) sans saturation, auquel cas la source de courant 3 ne débite plus de courant, et la sortie S se trouve en état de haute impédance.Selon la figure 3b, une résistance R6 est interposée entre les bases de T2 et T3, et un signal de commande VR5 peut rendre conducteur un transistor TS et porter au potentiel de masse la base de T3, de manière à le bloquer et à mettre son collecteur en état de haute impédance. En variante, à partir du schéma de la Fig.2, la base de T3 (non reliée à celles de T2 et T1) peut être commandée par un signal de commande propre V'R1 commutant entre une valeur où la source de courant 3 (T3) déhite le courant I, et une valeur où elle est bloquée. On remarquera que ce passage de et vers un état de haute impédance implique d'annuler et de rétablir le courant I à travers la source de courant 3 (transistor T3 j, ce qui est relativement plus lent dans le cas de la figure 3b, même si cela s'effectue cependant avec des transistors npn. Mais dans les applications où on a besoin d'un tel état (par exemple échantillonneur-bloqueur), une vitesse moins élevée est en général exigible. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et représentés. En particulier les transistors pnp pouvant être remplacés par des p MOS et npn par des n MOS. En ce qui concerne le verrouillage de niveau, il convient d'utiliser les circuits classiques en MOS. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré présentant un générateur de courant commutable présentant un état de fourniture de courant et un état de prélèvement de courant caractérisé en ce qu'il comporte une première (1) et une deuxième (2) source de courant de même intensité nominale ainsi qu'une troisième (3) source de courant ayant une intensité nominale inférieure à la précédente et présentant une borne de sortie (S),.ainsi qu'un dispositif de commutation (10, T6, T7)à transistors npn présentant un premier état correspondant audit état de fourniture de courant, et selon lequel d'une part la première (1) source de courant est mise en série avec la troisième (13) source de courant, et d'autre part la deuxième (2) source de courant est connectée à un moyen (11) de dérivation de courant ainsi qu'un deuxième état correspondant audit état de prélèvement de courant et selon lequel la première (1) source de courant est mise en série au niveau de la borne de sortie avec la deuxième (2) source de courant. 2. Circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité nominale de la troisième (3) source de courant est moitié de celle de la deuxième (2) source de courant. 3. Circuit intégré selon une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu il comporte une quatrième (4) source de courant montée en miroir de courant avec la première (1) source de courant. 4. Circuit intégré selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première (1) et la quatrième (4) source de courant ont la même intensité nominale. 5. Circuit intégré selon une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que les courants d'au moins les première (1) et deuxième (2) source de courant sont générés à partir d'une même première tension de référence (VR1). 6. Circuit intégré selon la revendication 5 caractérisé en ce que le courant de la troisième (3) source de courant est également généré à partir de ladite première tension de référence (VR1)- 7. Circuit intégré selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte une résistance (Rg) en série entre une borne d'alimentation à la première tension de référence (VR1) et une borne de commande de la troisième source de courant (3) ainsi qu'un premier moyen (Ts) de commutation à deux états, à savoir un premier état inactif et un deuxième état pour porter ladite borne de commande à un potentiel de blocage de la troisième (3) source de courant, ledit deuxième état correspondant à un état de haute impédance du générateur de courant n'étant activable que lorsque le premier moyen de commutation est dans son deuxième état. 8. Circuit intégré selon la revendication 6 caractérisé en ce que le courant de la troisième (3) source de courant est généré à partir d'un deuxième moyen de commutation à deux états, à savoir un premier état correspondant au passage dudit courant nominal dans la troisième (3) source de courant, et un deuxième état correspondant à un blocage de la troisième source de courant, ledit deuxième état correspondant audit état de haute impédance du générateur de courant, n'étant activable que lorsque le deuxième dispositif de commutation est dans son deuxième état. 9. Circuit intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comporte un étage différentiel comprenant un premier (T6) et un deuxième (T7) transistors couplés par les émetteurs, le trajet de courant principal du premier transistor (T6) étant en série entre la première (1) et la deuxième (2) source de courant, et le trajet de courant principal du deuxième transistor (T7) étant en série entre une borne de potentiel donné et la deuxième source de courant (2). 10. Circuit intégré selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de verrouillage de niveau pour assurer que la tension sur la borne de sortie (S) est limitée par un niveau bas etlou un niveau haut.