Brevet FR2693283A1 — publié le 19940107

CIRCUIT DE TENSION DE REFERENCE AVEC COMPENSATION EN TEMPERATURE POSITIVE Cette invention se rapporte à un circuit pour élaborer une tension de référence précise, destiné particulièrement à un régulateur de tension qui est utilisé pour une mémoire a transistor à effet de champ (FET). Cette invention fournit une tension de référence précise qui est particulièrement utile dans le régulateur de tension d'une alimentation en courant électrique Bien que les régulateurs de tension soient bien connus, il sera utile de résumer les caractéristiques d'un régulateur de tension qui s'appliquent particulièrement à cette invention. Un régulateur de tension en série comporte habituellement un transistor de puissance qui est commandé à partir d'un amplificateur différentiel Le régulateur fonctionne à partir d'une alimentation en courant régulée possédant une tension un peu plus élevée Par exemple, un régulateur produisant une sortie de 3,3 volts peut fonctionner à partir d'une alimentation électrique de 5 volts Une entrée de l'amplificateur différentiel reçoit une fraction de la tension à la sortie du régulateur et l'autre entrée reçoit une tension de référence qui est la fraction correspondante de la tension régulée. Dans les régulateurs qui utiliseront cette invention, la tension de référence est la moitié de la tension régulée, par exemple une référence de 1,65 volt pour un régulateur de tension qui fournit une sortie de 3,3 volts. Un but de cette invention est de fournir un circuit amélioré de tension de référence destiné à un régulateur de tension Ce circuit de tension de référence comporte une chaine de résistances-diodes et un FET connecté pour fonctionner con-me source de courant pour la chaine. A la borne de grille dia FET est appliquée une tension convenable pour entraîner le courant du drain du FET à créer la chute de tension de référence à travers cette chaîne. Cette tension de référence est modifiée selon la température de circuit, et cette caractéris- tique est particulièrement avantageuse pour un régulateur de tension destiné à une mémoire FET. (La charge de condensateur qui représente un bit de donnée s'écoule à partir d'une cellule de mémoire plus rapidement à une température de circuit plus élevée). La tension de grille pour la source de courant est conmmandée par un amplificateur différentiel Les deux entrées de l'amplificateur différentiel reçoivent une tension de référence à partir des chaînes de diodes séparées qui sont, chacune, connectées à des FET de source de courant séparés Une chaîne de diodes possède de grandes diodes et l'autre chaîne de petites diodes Aux diodes sont appliquées les caractéristiques de température différentes des deux chaînes, et l'amplificateur différentiel commande le FET de source de courant pour augmenter la tension de référence à une valeur appropriée lorsque la température du circuit augmente. La Figure unique est un schéma du circuit préféré de tension de référence de cette invention. 3 2693283 Le circuit du FET TII Le FET TII à canal P possède sa borne source connectée à la borne d'alimentation électrique (VDD) et à sa borne grille est appliquée une tension appropriée (comme décrit plus loin) pour former une source de courant. (La flèche vers l'extérieur du schéma indique un FET à canal P) Deux résistances R 3 et R 4 et une diode D 4 connectent le drain du Tll à la masse La tension de référence, réf, est formée à la borne du drain du FET TII par la chute de tension à travers R 3, R 4 et D 4 Un FET est connecté pour former un condensateur CI à cette borne Ce condensateur CI est un condensateur de découplage qui est utilisé pour stabiliser la tension au noeud "réf". Une autre tension de sortie, vbref, (tension de largeur de bande interdite), de 1,2 volt est formée au point de connexion commnun des résistances R 3 et R 4. D'autres composants dans le dessin établissant la tension appropriée à la borne grille du FET TII pour fournir la valeur sélec- tionnée de la tension réf et de ces composants modifient la tension de grille en réponse à la température de circuit de sorte que le courant du TII augmente et les tension ref et vbref sont accrues d'une quantité appropriée quand la température de circuit augmente. La Première Chaine de Diodes de la Tension de Référence (Tension d 3) Deux chaines de diodes et sources de courant fournissent les tensions de référence d 3 et CMP, pour l'amplificateur différentiel. 4 2693283 Certains des composants de ces circuits seront familiers à partir de la description du circuit du FET T 10. Les chaines de diodes fournissent la compensation en température Dans la première chaine de la tension de références-les diodes D 5, D 6, D 7 sont connectées en série avec une résistance R 2 et le FET T 8 La tension à travers la résistance s'ajoute à la référence (elle est au-dessous du noeud CMP). Le FET à canal T 8 est connecté pour former une source de courant Sa borne source est reliée à VDD et sa borne drain est connectée à la chaine de résistance-diodes On remarque que la grille du T 8 est reliée à la sortie de l'amplificateur différentiel (pour une opération qui sera décrite plus loin) Le fonctionnement du T 10 sera décrit plus loin. La Seconde Chaine de Diodes de la Tension de Référence (Signal CMP) DI, D 2, D 3 et T 10 sont semblables à la chaine qui vient d'être décrite, sauf ce qui sera expliqué ici Ces diodes sont petites en comparaison avec D 5-D 7 et leur tension varie moins avec la température que celle des diodes de la première chaine On remarque le condenssateur connecté au noeud d 3 tandis qu'il n'y a pas de condensateur correspondant au noeud CMP Le FET T 9 fait partie du circuit Démarrage qui sera décrit plus loin Le condensateur C 2 est un condensateur de découplage qui est utilisé pour stabiliser la tension au noeud "d 3 ". l l 2693283 Compensation en Température La chute de tension à travers une diode varie comme une fonction de la température et, conmme on le sait, les grandes diodes (D 5, D 6 et D 7) dépendent plus de la température que les petites diodes (Dl, D 2, et D 3) Rappelons que les tensions d 3 et CMP sont approximativement égales quand la température de circuit varie, la différence entre les tensions d 3 et CMP varie également. (Un exemple sera donné plus loin). L'Amplificateur Différentiel Les FET T 4, T 5, T 6 et T 7 et une résistance RI forment un amplificateur différentiel. Les FET T 6 et T 7 à canal N sont connectés pour recevoir les entrées d 3 et Cal P respectivement à partir des première et seconde chaines de diodes. Les FET à canal P T 4 et T 5 ont leurs bornes de source connectées à VDD et leurs bornes de grille connectées ensemble de sorte qu'elles agissent comme des sources de courant similaires selon la tension à la connexion de grille. Les bornes de grille des FET T 4 et T 5 sont reliées à la borne de drain du FET T 7. La sortie de l'amplificateur différentiel,à la borne de drain du FET T 6, est conectée à un plot de sortie vbs et elle sera appelée par ce nom de plot. Fonctionnement en réponse aux entrées d 3 et CMP Les tensions d 3 et CMP sont approxi- mativement égales et les deux FET 16 et T 7 de l'ampli- ficateur différentiel conduisent à peu près de façon égale (Les tensions d 3 et CMP varient avec la température comrne il sera expliqué) A une température choisie (ordinairement la température ambiante), la tension vbs à la borne de drain du FET T 6 et à la borne de grille du FET Tll 6 2693283 établit un niveau de courant dans le FET TII qui produit une chute de tension souhaitée ( 1,65 volt dans le circuit spécifique décrit) à travers la chaine de composants au niveau de la borne de drain du TII. Fonctionnemient en réponse à une variation de Température Comme exemple, supposons que la température de circuit s'accroisse de OC à 90 C Plus de courant s'écoulera dans la première chaine et produira de ce fait, une plus grande chute à travers R 2 et une tension CMP plus élevée à la grille du FET T 7 Le courant dans la seconde chaine n'aug- mente pas du même niveau, et la tension d 3 à la grille du FET T 6 reste relativement inchangée. T 8 et TIO sont identiques à la fois en taille et tension de grille, ils fournissent le même courant aux deux chaines de diodes A température plus élevée, le courant à partir d'une grande diode augmente plus rapidement que celui issu d'une plus petite diode En conséquence, les chaines de grandes diodes ont de plus petites chutes de tension à travers elles D 3 est plus grande que Ca P et vbs. En réponse à cette variation de la tension d'entrée CMP, l'amplificateur différentiel abaisse la tension vbs à la Dorne de drain du FET 6 et à la borne de grille du TII et, de ce fait, entraine le Tll à conduire plus de courant Le degré de variation de la tension de référence avec la température est une fonction des caractéristiques des diodes, du gain de l'ampli- ficateur différentiel, et des valeurs des résistances connectées à la borne de drain de FET TII. 7 2693283 Ainsi, le circuit peut facilement être adapté pour fournir une tension particulière, ref, et une relation particulière entre cette tension et la température de circuit. Le circuit de Démarrage Les FET T 1, T 2, T 3 et T 9 coopèrent pour démarrer le circuit quand il con-nence à être alimenté en courant Pendant le temps d'ali- mentation du circuit TI, T 2 et le condensateur C 3 forment un circuit RC pour maintenir au noeud "Démarrage" au moins " 2 V" (o 2 V est la tension de seuil du transistor PMDS) au dessous de Vcc pour démarrer le fonctionnement du circuit. Le FET T 9 est connecté en parallèle avec le FET T 10, et quand T 9 fonctionne (en réponse à un signal sur une ligne Démarrage corrmme décrit plus loin), cela décale vers le haut le noeud d 3 et ainsi débloque le FET T 7 de l'amplificateur différentiel L'amplificateur abaisse ensuite sa tension de sortie vbs qui débloque les FET T 8, T 10 et TII des sources de courant La ligne Démarrage connecte la borne de grille du FET T 9 à la borne de drain du FET T 3. Les FET à canal P TI et T 2 sont, chacun, connectés pour produire une tension de seuil désignée Vt à travers ses bornes de source et de drain (Le FET T 3 est beaucoup plus petit que T 1 et T 2) Quand le circuit corrmrnence à être alimenté, T 3 se débloque en réponse à un niveau supérieur à sa grille (noeud d 3) et produit une tension VDD-2 Vt à la borne de grille du FET T 9. 8 2693283 A partir de la description du mode préféré de réalisation de ce circuit de tension de référence et de l'explication de son fonc- tionnement, ceux qui sont compétents dans l'art reconnaîtront les modifications appropriées dans l 'esprit de l'invention et le domaine attendu des revendications. 9 2693283 REVENDICATIONS 1 Circuit de référence de tension comprenant un FET (TII) connecté corne source de courant et des composants connectés entre la borne de drain du FET de source de courant et la masse du circuit pour produire une tension (ref) en réponse au courant, un amplificateur différentiel (T 4, T 5, T 6, T 7) connecté pour commander la conduction du FET de source de courant, des premiers moyens (D 5, D 6, D 7) fournissant une tension (CMP) à une entrée de l'ampli- ficateur différentiel et des seconds moyens (DI, D 2, D 3) fournissant une tension (d 3) à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel, les premier et second moyens possédant différentes caractéris- tiques de température pour modifier la tension de référence en fonction de la température de circuit. 2 Circuit de référence de tension selon la revendication 1 dans lequel les composants connectés entre la borne de drain et la masse comprennent une diode (D 4) et une résistance (R 3). 3 Circuit de référence de tension selon la revendication 2 dans lequel les composants connectés entre la borne de drain et la masse incluent en outre une résistance ayant une valeur pour produire une tension de référence de largeur de bande interdite d'environ 1,2 volt. 4 Circuit de référence de tension selon la revendication 2 dans lequel les premiers moyens comprennent une première chaine de diodes (D 5, D 6, D 7) et lers premiers moyens (T 8) alimentent les diodes en courant, et les seconds moyens 4 à 2693283 comprennent une seconde chaine de diodes (DI, D 2, D 3) et des seconds moyens (T 10) alimentent les diodes en courant, les diodes ayant une tension qui varie avec la température et varie avec le courant de diode. Circuit de référence de tension selon la revendication 4 dans lequel les diodes de la première chaine sont plus grandes que les diodes de la seconde chaine et fournissent de ce fait un rapport supérieur de la variation de tension à la variation de température que les diodes de la seconde chaine. 6 Circuit de référence de tension selon la revendication 5 dans lequel les premiers moyens et les seconds moyens pour alimenter les chaines de diodes en courant comprennent un premier FET (T 8) connecté à la première chaine et un second FET (T 10) connecté à la seconde chaine. 7 Circuit de référence de tension selon la revendication 6 dans lequel les bornes de grille des premier et second FET sont connectées à la sortie de l'amplificateur pour augmenter le courant à travers les première et seconde chaines quand la température de circuit augmente. 8 Circuit de référence de tension selon la revendication 7 dans lequel la première chaine de diodes inclut une résistance pour augmenter davantage la chute de tension à travers la chaine (CMP) quand l'amplificateur différentiel augmente sa sortie en réponse à une augmentation de température. 9 Circuit de référence de tension selon la revendication 8 dans lequel l'ampli- ficateur différentiel comprend un premier (T 6) 4 à 11 2693283 et un second (T 7) FET connectés avec une résis- tance (RI) pour conduire de façon différentielle en réponse à la tension de l'une des première et seconde chaines de diodes et un troisième (T 4) et un quatrième (T 5) FET connectés chacun commne un dispositif de charge, les bornes de grille des troisième et quatrième FET étant reliées à la borne de drain de 1 ' un des premier et second FET et la borne de drain de l'autre de ces derniers étant reliée aux grilles des FET de source de courant. Circuit de référence de tension selon la revendication 8 incluant des moyens pour débloquer la seconde source de courant (T 10) quand le courant commence à être appliqué au circuit. Il Circuit de référence de tension selon la revendication 10 dans lequel les moyens pour débloquer la seconde source de courant comprennent un FET (T 9) connecté en parallèle à la seconde source de courant et des moyens connectés à la grille du FET pour le débloquer quand le courant commence à être appliqué au circuit.