Brevet FR2733098A1 — publié le 19961018

AMPLIFICATEUR DE COURANT La présente invention concerne un amplificateur de courant, destiné notamment à amplifier des courants de faible valeur avec une grande bande passante. La figure 1 représente un tel amplificateur de courant dans une application classique. Le courant à amplifier i est fourni à une entrée A de l'amplificateur par une photodiode D reliée à un potentiel d'alimentation Vcc. Lorsque cette photo- diode D est, par exemple, l'une de celles d'une tête de lecture de disque laser, les variations d'intensité lumineuse, et donc les variations du courant dans la diode D, sont particulièrement faibles. La valeur maximale du courant i est de l'ordre de 3 microampères. En outre, ce courant i est susceptible de varier à une fréquence de l'ordre de 1,5 mégahertz. Une capacité parasite Cpl est présente entre l'entrée A de l'amplificateur 10 et la masse GND, et une capacité para- site Cp2 est présente entre l'entrée A et le potentiel d'alimen- tation Vcc. Ces deux capacités parasites risquent de considéra- blement réduire la bande passante de l'amplificateur 10 et d'injecter dans l'entrée du bruit provenant des tensions d'ali- mentation. Pour éviter ces inconvénients, il est indispensable de réduire l'impédance d'entrée de l'amplificateur 10 ou, en d'autres termes, de rendre le potentiel de cette entrée aussi stable que possible. La figure 2 représente un exemple d'amplificateur de courant classique fournissant des résultats satisfaisants pour une photodiode de tête de lecture de disque laser. En fait, l'amplificateur de courant 10 est un miroir de courant à transistors bipolaires. Un transistor NPN Q1 forme le transistor d'entrée du miroir de courant. Son émetteur est relié à la masse GND et sa base et son collecteur reçoivent le courant à amplifier i provenant de la photodiode D. En outre, une source de courant constant 12, reliée en parallèle sur la diode D, fournit un courant de polarisation I. Un transistor NPN Q2, formant un transistor de sortie du miroir de courant, est relié en parallèle par sa base et son émetteur sur le transistor Q1. Le courant de sortie de l'amplificateur est prélevé sur le collecteur du transistor Q2. Les surfaces d'émetteur des tran- sistors Q1 et Q2 sont indiquées entre parenthèses. Le transistor Q1 a une surface unitaire et le transistor Q2 une surface n. Ainsi, le courant i de la photodiode D se trouve amplifié d'un facteur n sur le collecteur du transistor Q2. Un tel amplificateur de courant, réalisé à partir de transistors bipolaires, présente une impédance d'entrée de l'ordre de 1 kohm, ce qui est satisfaisant pour amplifier des courants de l'ordre de 3 microampères avec une bande passante d'environ 1,5 mégahertz dans des cas courants o les capacités parasites sont relativement faibles. Les circuits de traitement numérique du signal fourni par la photodiode D, notamment dans le cas du disque laser, sont généralement réalisés en technologie CMOS qui est de faible coût et bien adaptée au traitement numérique. Un miroir de courant réalisé en technologie CMDS four- nit des résultats nettement insuffisants pour amplifier des courants faibles avec une grande bande passante. En conséquence, dans les lecteurs de disques laser, les amplificateurs des courants des photodiodes de la tête de lecture sont réalisés en technologie bipolaire et ne peuvent être intégrés dans le même circuit que celui qui effectue le traitement du signal. Un objet de la présente invention est de prévoir un amplificateur de courant ayant une impédance d'entrée particu- lièrement faible. Un autre objet de la présente invention est de réali- ser un tel amplificateur en technologie CMOS. Ces objets sont atteints grâce à un amplificateur de courant comprenant un transistor cascade tendant à fixer le potentiel d'une entrée de l'amplificateur; une première source de courant constant reliée entre l'entrée et un premier poten- tiel d'alimentation; une deuxième source de courant constant de valeur inférieure à celle de la première source, reliée entre un deuxième potentiel d'alimentation et le transistor cascode; un deuxième transistor de type différent de celui du transistor cascode, relié entre l'entrée et le deuxième potentiel, et commandé par le noeud entre le transistor cascode et la deuxième source de courant; et un transistor de sortie de même type que le deuxième transistor, relié au deuxième potentiel et commandé par ledit noeud. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les première et deuxième sources de courant constant sont for- mées par des transistors reliés par un circuit à miroir de courant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les transistors sont des transistors MOS. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le courant d'entrée de l'amplificateur est fourni par une photo- diode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la photodiode est une photodiode d'une tête de lecture de disque laser, l'amplificateur étant intégré avec les circuits de trai- tement de signal du disque laser. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite à titre non-limitatif à l'aide des figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une application classique d'un amplificateur de courant; la figure 2 représente une structure bipolaire clas- sique d'un amplificateur de courant; la figure 3 représente un mode de réalisation d'ampli- ficateur de courant selon la présente invention, réalisable en technologie CMOS; et la figure 4 représente un mode de réalisation détaillé de l'amplificateur selon la présente invention. A la figure 3, un courant i à amplifier est fourni en A sur le drain d'un transistor MOS à canal N MN1 dont la source est reliée à la masse GND. La grille de ce transistor MN1 est15 reliée à la masse GND par une source de courant constant 14 qui draine un courant I. Un transistor MOS à canal P MP1, formant un transistor cascode, est relié par sa source et son drain au drain et à la grille, respectivement, du transistor MN1. La grille du transistor MP1 reçoit une tension fixe Vc. Une source de courant constant 16 relie la source du transistor MP1 à un potentiel d'alimentation haut Vcc. Cette source de courant 16 fournit un courant supérieur à celui de la source de courant 14, par exemple égal à 2I. Un transistor MOS à canal N MN2 est relié en parallèle par sa grille et sa source sur le transistor MN1. Le courant de sortie de l'amplificateur est prélevé sur le drain du transistor MN2. La source de courant 14 prélève un courant I de la source de courant 16 par le transistor MP1, et le surplus de courant (I), de la source de courant 16 ne peut passer que dans le transistor MN1. La tension aux bornes de la source de courant 14 (la tension grille-source du transistor MN1) s'établit à une valeur telle que le transistor MN1 absorbe ce surplus de courant I. Le transistor MN2, fonctionnant dans les mêmes conditions que le transistor MN1, recopie sur son drain le courant du tran- sistor MN1. Bien entendu, cette recopie s'effectue avec un facteur multiplicatif n égal au rapport de surface des transis- tors MN2 et MN1. Lorsqu'un courant i est injecté dans l'entrée A, la tension grille- source du transistor MP1 a tendance à augmenter, puisque la tension Vc est fixe. Ainsi, le transistor MP1 devient plus conducteur. Comme le courant de drain I de ce transistor est constant, il en résulte que la tension aux bornes de la source de courant 14 augmente. Cette augmentation de la tension rend le transistor MN1 plus conducteur, de manière que celui-ci absorbe le courant d'entrée i, ce qui rétablit la tension sur l'entrée A sensiblement à sa valeur initiale. Le transistor MN2, recopiant toujours le courant du transistor MNl, draine alors un courant n(I+i). L'impédance d'entrée de 1' amplificateur de courant selon l'invention a été mesurée à environ 100 ohms. La figure 4 représente un mode de réalisation détaillé d'un amplificateur de courant selon l'invention. Des mêmes éléments qu'à la figure 3 sont désignés par des mêmes références. La source de courant 16 est formée par un transistor MOS à canal P dont la source est reliée au potentiel Vcc et dont le drain fournit le courant 2I. La grille du transistor 16 reçoit une tension de polarisation Vb. Cette tension Vb est en même temps appliquée sur les grilles de deux autres transistors MOS à canal P MP2 et MP3 reliés en parallèle sur le transistor 16 par leurs grilles et leurs sources. Les surfaces des tran- sistors 16, MP2 et MP3 sont respectivement 2, 1 et n, de manière que ceux-ci fournissent respectivement des courants 2I, I et nI. Le courant I fourni par le transistor MP2 arrive sur le drain et la grille d'un transistor MOS à canal N MN3 dont la source est reliée à la masse GND. Ce transistor MN3 est le tran- sistor d'entrée d'un miroir de courant dont la sortie constitue la source de courant 14. Cette sortie comprend un transistor MOS à canal N 14 connecté en parallèle sur le transistor MN3 par sa grille et sa source. Pour que les transistors MN3 et 14 fonctionnent dans les mêmes conditions, le transistor MN3 est relié au transistor MP2 par un transistor cascode à canal P MP4 recevant sur sa grille la tension Vc, comme le transistor cascode MP1. Le drain du transistor MN2 reçoit le courant nI du transistor MP3, ce qui permet à 1 'amplificateur de soutirer par le drain du transistor MN2 le seul courant amplifié ni. L 'amplificateur de courant selon 1 'invention est avantageusement réalisé en technologie CMOS, ce qui permet son intégration avec un circuit numérique de traitement de signal, notamment des signaux provenant des photodiodes d'une tête de lecture de disque laser. Toutefois, dans d'autres applications, l'amplificateur selon l'invention pourra aussi être réalisé en technologie bipolaire. REVENDICATIONS 1. Amplificateur de courant, caractérisé en ce qu'il comprend: - un transistor cascade (MP1) tendant à fixer le potentiel d'une entrée (A) de l'amplificateur; - une première source de courant constant (16) reliée entre l'entrée et un premier potentiel d'alimentation (Vcc); - une deuxième source de courant constant (14) de valeur inférieure à celle de la première source, reliée entre un deuxième potentiel d'alimentation (GND) et le transistor10 cascade; - un deuxième transistor (MN1) de type différent de celui du transistor cascode, relié entre l'entrée et le deuxième potentiel, et commandé par le noeud entre le transistor cascode et la deuxième source de courant; et - un transistor de sortie de même type que le deuxième transistor, relié au deuxième potentiel et commandé par ledit noeud. 2. Amplificateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et deuxième sources de courant constant sont formées par des transistors (16, 14) reliés par un circuit à miroir de courant (MP2, MN3). 3. Amplificateur de courant selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que les transistors sont des transistors MOS. 4. Amplificateur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que son courant d'entrée est fourni par une photodiode (D). 5. Amplificateur de courant selon la revendication 4, caractérisé en ce que la photodiode est une photodiode d'une tête de lecture de disque laser, l'amplificateur étant intégré avec les circuits de traitement de signal du disque laser.