Brevet FR2726143A1 — publié le 19960426

MICROCIRCUIT COMPRENANT DES MOYENS POUR REPARTIR UN COURANT DE REFERENCE La présente invention est relative à un circuit permettant de fournir des courants identiques à plusieurs endroits d'un microcircuit éloignés les uns des autres dans la topographie de celui-ci. Le courant repliqué (par le biais d'un miroir de courant) doit être débité dans une impédance de sorte qu'il ne peut pas être utilisé pour être repliqué ailleurs dans le micro-circuit, sans que sa valeur soit altérée. Par ailleurs, la distance entre les deux endroits doit nécessairement être faible. En effet, les transistors d'un même miroir de courant doivent être proches pour que leurs caractéristiques soient identiques. Cependant, dans certaines applications, les deux parties du miroir de courant ne peuvent pas être placées proches l'une de l'autre, en raison du fait que leurs positions relatives ne sont pas dictées par des impératifs électriques, mais par des contraintes dues à l'utilisation du circuit intégré lui-même. Un exemple non limitatif d'une telle application est un réseau intégré de cellules photosensibles destinées à détecter sélectivement une configuration de lumière telle que le ciel étoilé dont l'image doit être transmise à un appareil d'analyse. En pareil cas, l'architecture du circuit intégré est conçue, non pas principalement pour des raisons électriques, mais plutôt pour permettre l'obtention du meilleur résultat possible en fonction de l'emplacement des cellules photosensibles dans leur réseau. L'invention a pour but principal de fournir un microcircuit comportant des moyens permettant d'y distribuer un courant de référence, ce microcircuit comportant un nombre, généralement important, de cellules utilisatrices de ce courant de référence, celui-ci étant rigoureusement de même valeur pour toutes les cellules. L'invention a donc principalement pour objet un microcircuit comportant une pluralité de cellules comprenant, chacune, un circuit fonctionnel et un circuit de calibrage pour fournir à ce circuit fonctionnel au moins un courant de référence destiné à en fixer des conditions de fonctionnement prédéterminées, ce microcircuit étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de référence commune à toutes les cellules pour engendrer ledit courant de référence et des moyens de conduction pour envoyer ce courant de référence successivement au circuit de calibrage de toutes les cellules pour fixer lesdites conditions. Grâce à ces caractéristiques, les cellules du microcircuit peuvent, l'une après l'autre, se calibrer sur un même courant de référence, sans que celui-ci ne soit affecté par un trajet de courant associé à une ou plusieurs autres cellules. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma explicatif montrant les principes de l'invention dans le cas d'un microcircuit comportant trois cellules ayant besoin pour fonctionner d'un même courant de référence; - la figure 2 est un schéma de principe des moyens incorporés dans chaque cellule de la figure 1, pour assurer la fourniture à cette cellule du courant de référence commun icom ref; - la figure 3 montre un schéma de principe d'un réseau de cellules comportant un circuit conçu selon les principes illustrés sur la figure 2; - la figure 4 montre un exemple de réalisation de l'une des cellules de la figure 3;; - les figures 5, 6 et 7 montrent trois exemples de réseaux de cellules, dans lesquels les moyens de fourniture du courant identique sont simplifiés. On va tout d'abord se référer à la figure 1 qui représente, d'une façon simplifiée, comment le principe de l'invention peut être mise en oeuvre. Un microcircuit intégré est supposé comporter trois cellules 1, 2 et 3 qui doivent travailler avec un courant ii identique déterminé en fonction d'un courant de référence icomref fourni par une source de référence 4. On entend ici par cellule, tout ensemble du circuit intégré remplissant une fonction déterminée et devant travailler avec le même courant ii. La source de référence 4 peut être incorporée dans le circuit intégré du microcircuit ou être prévue dans un circuit intégré séparé. On peut même envisager de la construire comme circuit discret placé à proximité du microcircuit. Les cellules ne sont pas nécessairement toutes identiques entre elles, étant supposé toutefois qu'elles se trouvent éloignées les unes des autres sur le circuit intégré au point de ne pas pouvoir fonctionner à l'aide de miroirs de courant classiques comportant des transistors appariés très proches "géographiquement" l'un de l'autre. Par ailleurs, dans l'exemple représenté, on n'a prévu que trois cellules pour les besoins de l'explication, mais il apparaîtra par la suite que l'invention se prête particulièrement bien pour être appliquée à des réseaux, matriciels ou non, comportant un grand nombre de cellules devant toutes travailler avec le même courant de référence. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les cellules 1, 2 et 3 sont adressables par un circuit d'adressage 5 qui peut, tour à tour, leur envoyer un signal d'adresse, respectivement sur des lignes al, a2 et a3, pour que le courant de référence icomref puisse leur être envoyé séquentiellement à un rythme prédéterminé. Dans l'exemple simplifié représenté, la source de référence 4 fournit également une tension de référence Vcomref qui peut être fournie simultanément à chacune des cellules 1, 2 et 3, respectivement par l'intermédiaire de lignes bl, b2 et b3. Chaque cellule 1, 2 et 3 comporte un circuit 6 dit de calibrage permettant d'exploiter les signaux de référence icomref et Vcomref qui sont appliqués séquentiellement aux cellules, ainsi qu'un circuit fonctionnel 7 qui assure la fonction propre de la cellule nécessitant le courant de référence seul ou, selon un autre aspect de l'invention, ce courant et la tension de référence à la fois. Du fait que le courant de référence icomref n'est envoyé qu'à une seule cellule à la fois, il n'est pas affecté par une quelconque utilisation par les autres cellules, de sorte que les cellules reçoivent toujours un courant de référence de valeur identique. Dans le cas où le nombre de cellules est faible, comme dans l'exemple de la figure 1, le circuit d'adressage 5 peut être un simple circuit de commutation séquentielle, de conception classique, intégré avec les cellules sur le même circuit intégré. Si, au contraire, le nombre de cellules devient important, comme dans le cas d'un réseau électro-optique évoqué plus haut, le circuit d'adressage peut être matriciel et commander l'application du courant de référence et, le cas échéant, de la tension de référence moyennant des signaux de ligne et de colonne. Un exemple d'un tel adressage sera décrit ci-après. Comme selon l'un des aspects de l'invention représenté à titre d'exemple sur la figure 1, chaque cellule peut recevoir en même temps un courant de référence et une tension de référence, on peut mettre en oeuvre dans le circuit de calibrage 6 de chaque cellule toute fonction souhaitée sur la représentation en tension d'un courant élaboré dans ce circuit à l'aide des valeurs de référence du courant et de la tension. De même, il est possible de réaliser des conversions tension/courant ou courant/tension dans des cellules auxquelles de telles fonctions doivent être assignées. Ainsi, dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, la source de référence 4 est connectée à chaque cellule 1, 2 et 3 par deux conducteurs communs 8 et 9 par lesquels leur sont appliqués, respectivement, la tension Vcomref et le courant icomref. Toutefois, comme on le verra par la suite, le circuit de calibrage 6 de chaque cellule 1, 2 et 3 comporte des moyens, décrits plus loin, qui permettent, sous la commande d'un signal d'adressage transitant sur les conducteurs al, a2 et a3, d'activer les entrées correspondantes de ce circuit de calibrage 6 pour que la tension et le courant de référence y deviennent opérants. On va se référer maintenant à la figure 2 qui représente le principe des circuits de calibrage 6. Ce circuit est connecté au circuit fonctionnel 7 de la cellule correspondante et comporte un transistor de calibrage T. Dans les exemples de réalisation décrits ciaprès, ce transistor et tous les autres composants actifs sont du type CMOS, mais l'invention ne se limite pas à cette technologie, l'homme de métier sachant adapter les concepts de l'invention à des microcircuits conçus selon d'autres technologies connues dans le domaine des semiconducteurs. Ceci étant, le transistor T reçoit sur sa grille une tension V qui peut être une tension propre à cette cellule, lorsque seul le courant doit être référencé sur le courant de référence icomref, ou bien qui, comme dans le mode de réalisation représenté ici, peut être la tension Vcomref issue, comme le courant icomref, de la source de référence 4 (figure 1). Le trajet source-drain du transistor T est connecté entre une alimentation (tension VDD) et un commutateur intégré S1. Le caisson du transistor T est connecté au point commun 11 à une capacité intégrée C faisant office de mémoire et à un second commutateur intégré S2, le point commun 11 étant raccordé par ailleurs à l'entrée du circuit fonctionnel 7. Les bornes de commande des commutateurs S1 et S2 sont connectées en commun à la sortie d'une porte ET 12 à l'entrée de laquelle peuvent être appliquées deux signaux d'adressage Ae et Ac, lorsque la cellule en question doit être calibrée en courant ou éventuellement en courant et en tension à la fois. Le courant de référence icomref est envoyé à travers la ligne 8 sur l'entrée d'un amplificateur 13 et sur l'une des bornes du commutateur S1, tandis que la sortie de l'amplificateur 13 est raccordée à la borne correspondante du commutateur S2. L'amplificateur 13 forme l'élément principal d'une boucle de réglage qui ajuste la tension sur le noeud 11 en fonction de la valeur du courant de référence icomref, à condition que les deux commutateurs S1 et S2 soient passants. Ils sont dans cet état pendant que les lignes Al et Ac à la fois sont activées par le circuit d'adressage 5 de la figure 1. La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un réseau matriciel de cellules 1, toutes identiques et comportant chacune un circuit de calibrage 6 pourvu de sa porte ET 12 ainsi qu'un circuit d'utilisation 7 qui n'a pas été représenté sur cette figure. Les portes ET sont commandées par les signaux d'adressage At1 à Aem et Acl à Acn moyennant une commande d'adressage matriciel bien connue des spécialistes. La figure 4 représente de façon plus détaillée l'une des cellules du réseau de la figure 3 dans l'application de ce dernier à un ensemble électro-optique d'acquisition d'informations sur une image provenant du ciel, par exemple. Dans cette application, la cellule comporte dans son circuit fonctionnel 7 une diode photosensible D exposée à la lumière parvenant sur le réseau. Le circuit fonctionnel 7 est ici chargé d'engendrer une tension de sortie Vcommun sur une ligne de sortie 14, cette tension étant l'image du courant passant dans la photodiode D. Le circuit fonctionnel 7 comporte également un premier transistor T1 dont le trajet source-drain est connecté en série avec la diode D entre la tension d'alimentation VDD et la masse. La grille de ce transistor T1 est connectée à la ligne 14 et également à la source d'un transistor T2 dont le drain est connecté à la masse. La grille de ce transistor T2 est raccordée à la jonction entre le transistor T1 et la diode D. Le circuit de calibrage 6 de la figure 4 est du type représenté sur la figure 2, encore qu'il ait été représenté plus en détail. Il comporte un transistor T3 dont le trajet source-drain est connecté entre la ligne 8 dans laquelle circule le courant icomref, et l'alimentation VDD. La grille de ce transistor T3 est reliée à la ligne 9 qui est à la tension Vcomref. Le circuit de calibrage 6 comporte également deux autres transistors T4 et T5 dont les trajets source-drain sont reliés en série entre l'alimentation VDD et la masse. La grille du transistor T4 est reliée à la grille du transistor T3, tandis que la grille du transistor T5 est reliée à la ligne 8. Les caissons de tous les transistors T1 à T5 sont connectés à une jonction 15 entre la capacité C et le montage en série des deux commutateurs S1 et S2. Le commutateur S1 est par ailleurs relié à la jonction entre les trajets source-drain des transistors T4 et T5. Les bornes de commande des commutateurs S1 et S2 sont reliées respectivement à la ligne 9 et à la ligne 8. Dans le circuit que l'on vient de décrire à propos de la figure 4, le transistor T1 est apparié au transistor T3, ces deux transistors se trouvant proches l'un de l'autre dans la topographie du réseau. La fonction de transfert du transistor T1 est déterminée par sa tension de caisson, c'est-à-dire la tension Vc du noeud 15 qui est partagée par tous les transistors, et notamment par le transistor T3. Lorsque c'est le tour de la cellule concernée pour être calibrée, les signaux d'adresse sont présents sur les lignes 8 et 9 et les deux commutateurs S1 et S2 sont donc passants. Dans ces conditions, le courant icomref est prélevé sur le drain du transistor T3. Par ailleurs, la tension Vcomref est appliquée sur la grille de ce transistor T3. Si, dans ces conditions, le transistor T3 délivre un courant supérieur au courant de référence, la tension sur la grille du transistor T5 monte, ce qui fait monter également la tension sur la source de ce transistor. Comme les commutateurs S1 et S2 sont passants, la source du transistor T5 est au potentiel du noeud 15 qui est en train de monter. Par conséquent, le courant dans le transistor T3 va baisser pour rétablir l'équilibre. Le processus est inverse si le transistor T3 délivre un courant inférieur au courant de référence. Lorsque la cellule n'est pas en phase de calibrage comme décrit ci-dessus (les commutateurs S1 et S2 ne sont pas passants), la capacité C conserve la tension du noeud 15, qui peut alors être rafraîchie pendant la phase de calibrage suivante. Entre deux phases de calibrage, la ligne 9 est à la tension VDD, à moins que la colonne de la cellule soit activée. Mais le calibrage de la cellule n est enclenché que si les deux lignes 8 et 9 de la cellule concernée sont activées. On voit donc que le transistor T3 joue deux rôles: 1) il rend opérant le courant de référence lorsque c'est le tour de la cellule concernée d'être calibrée et 2) il engendre la référence de tension qui permet de calibrer le potentiel du noeud 15. A supposer que la cellule de la figure 4 soit représentative de toutes les cellules d'un réseau tel que représenté sur la figure 3, on peut imaginer qu'une information utile à obtenir de ce réseau soit celle de savoir laquelle des cellules dans le réseau reçoit le plus de lumière de l'extérieur. Compte tenu du fonctionnement décrit ci-dessus de l'une des cellules du réseau, on comprend que les potentiels des noeuds 15 de toutes les cellules de ce réseau sont identiques de sorte que les transistors T1 de toutes ces cellules travaillent dans les mêmes conditions. Dès lors, on peut valablement comparer les courants délivrés par les photodiodes D des cellules et détecter par exemple celle qui produit le plus de courant, autrement dit celle qui reçoit le plus de lumière. Ceci peut être réalisée en analysant la tension Vcommun de la ligne 14. La fréquence d'adressage de chaque cellule d'un tel réseau peut être variable en fonction surtout de l'application envisagée. Dans certains cas, le calibrage ne sera fait que pendant la mise en route de l'ensemble dont le réseau fait partie. Pour fixer les idées, dans un réseau de cellules comportant des photodiodes comme décrit ci-dessus, la fréquence de calibrage peut être de une fois toutes les millisecondes, par exemple. Il est également possible d'asservir cette fréquence à un paramètre interne au circuit (la valeur de son signal de sortie par exemple), ou encore externe (la température ambiante etc.). On peut également envisager d'asservir le point de fonctionnement des cellules déterminé par le couple icomref et Vcomref en fonction d'un tel paramètre interne ou externe, autrement dit en régulant les grandeurs issues de la source de référence. Les figures 5, 6 et 7 représentent trois variantes de l'invention dans lesquelles toutes les cellules d'un réseau, linéaire comme dans la figure 5, ou matriciel comme dans les figures 6 et 7, ne sont pas toutes pourvues d'un circuit de calibrage comme celui décrit sur la figure 4. En effet, en fonction de la topographie du réseau, on peut envisager d"interpoler" les grandeurs calibrées dans des cellules extrêmes de l'ensemble en prévoyant entre les cellules non calibrées des résistances 16 de valeurs appropriées. Par exemple, sur la figure 5, seules les cellules extrêmes C1 et C2 d'un ensemble linéaire de cellules sont calibrées, des résistances R déterminant le calibrage des cellules se trouvant à l'intérieur de la rangée de cellules. Sur la figure 6, seules les cellules d'angle C3, C4, C5 et C6 d'un réseau matriciel sont calibrées, toutes les autres cellules étant connectées entre elles par des résistances R. Enfin, sur la figure 7, on a schématisé le cas où un réseau de cellules comporte des cellules calibrées C7 et C8 situées respectivement le long de ses bords. Dans le même contexte et en suivant la même idée, on peut ainsi imaginer d'autres formes de réseaux dans lesquelles seules des cellules sélectionnées sont pourvues d'un circuit de calibrage tel que celui décrit ci-dessus à propos de la figure 2 et plus précisément de la figure 4. REVENDICATIONS 1. Microcircuit comportant une pluralité de cellules (1,2,3) comportant chacune un circuit fonctionnel (7) et un circuit de calibrage (6) pour fournir à ce circuit au moins un courant de référence (icomref) destiné à en fixer des conditions de fonctionnement prédéterminées, ce microcircuit étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de référence (4) commune à toutes les cellules (1,2,3) pour engendrer ledit courant de référence (icomref) et des moyens de conduction conditionnelle (5,aî,a2,a3;Sî,S2) pour envoyer celui-ci successivement audit circuit de calibrage (6) de toutes les cellules (1,2,3) pour fixer lesdites conditions. 2. Microcircuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de référence (4) fournit également une tension de référence (Vcomref) et lesdits moyens de conduction sont (5,a1,a2,a3) agencés pour envoyer ladite tension de référence (Vcomref) à toutes les cellules en même temps que ledit courant (icomref) de référence et en ce que lesdites conditions de fonctionnement sont déterminées par une relation prédéterminée entre un courant et une tension dérivés dudit courant de référence (icomref) et de ladite tension de référence (Vcomref). 3. Microcircuit suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites cellules (1) sont agencées selon un réseau et en ce que lesdits moyens de conduction comprennent des moyens d'adressage séquentiel (At1 à Ami; Acl à Acm) autorisant l'application à tour de rôle dudit courant de référence (icomref) auxdites cellules. 4. Microcircuit suivant la revendication 3 caractérisé en ce que ledit réseau de cellules est linéaire (figure 5). 5. Microcircuit suivant la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits moyens d'adressage sont matriciels (figures 3, 6 et 7). 6. Microcircuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit circuit fonctionnel (7) de chaque cellule (1) comporte un premier composant actif (T1) en déterminant lesdits conditions de fonctionnement et en ce que ledit circuit de calibrage (6) de chaque cellule comporte un second composant actif de calibrage (T3) apparié audit premier composant actif (T1), et capable de déterminer une caractéristique courant/tension donnée en fonction dudit courant de référence (icomref)- 7.Microcircuit suivant la revendication 6, lorsqu'elle dépend de l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit second composant actif est également agencé pour que ladite caractéristique courant/tension soit également déterminée en fonction de ladite tension de référence (Vcomref). 8. Microcircuit suivant les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits composants actifs (T1,T3) sont des transistors du type CMOS et en ce qu'ils sont montés de manière à être soumis à des potentiels de source et de caisson identiques. 9. Microcircuit suivant les revendications 3 et 7 prises ensemble, caractérisé en ce que lesdits moyens d'adressage séquentiel comprennent deux groupes de conducteurs respectivement de ligne et de colonne (At1 à Aem et Acl à Acm) et en ce que l'un des groupes de conducteurs (Acl à Acm) reçoit comme signal d'adressage ladite tension de référence (Vcomref). 10. Microcircuit suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que ledit second composant actif (T3) est agencé pour engendrer une tension calibrée (Vw) déterminée en fonction dudit courant de référence, et en ce que ledit circuit de calibrage (6) comporte des moyens de mémorisation (C) pour stocker ladite tension calibrée entre deux phases de calibrage de la cellule correspondante.