Brevet FR2745665A1 — publié le 19970905

CIRAIT DE REGLAGE DE GAIN AUTOMATIvuz UTILISANT UN AMPLIFICATEUR POUR REDUIRE LE COUPLAGE DE BRUIT NORIQOE La présente invention concerne un circuit de réglage de gain automatique qui est susceptible d'être intégré sur la même puce que des circuits mixtes (analogique et numérique) de traitement de signal. La figure 1 représente un circuit classique de réglage de gain automatique. Il comprend un amplificateur à gain variable 10 muni d'une entrée G de réglage de gain. Le gain de l'amplificateur 10 est fixé par la tension appliquée sur l'entrée de réglage G. Souvent, notamment dans des environnements bruyants, le signal d'entrée Vin de l'amplificateur 10 et l'entrée de réglage de gain G sont différentiels. Une boucle de réglage de gain automatique comprend un détecteur de crête 12 recevant la sortie Vout de l'amplificateur 10, et un intégrateur qui reçoit la sortie du détecteur de crête 12 et règle le gain de l'amplificateur 10. L'intégrateur pourrait avoir une sortie différentielle pour conmander l'entrée différentielle de réglage G de l'amplificateur 10. Toutefois, un tel intégrateur différentiel nécessiterait au moins un condensateur d'intégration de valeur élevée dont chacune des bornes est reliée à un signal variable. Ce condensateur de valeur élevée n'est habituellement pas inté grable, d'où il résulte qu'un circuit intégré comprenant le circuit de réglage de gain automatique nécessiterait deux broches supplémentaires pour connecter le condensateur de valeur élevée en externe. Avec un intégrateur du type de la figure 1, le circuit intégré nécessite seulement une broche 14 pour connecter le condensateur d'intégration externe C. L'intégrateur représenté comprend un amplificateur à transconductance 16 recevant la sortie du détecteur de crête 12 sur une entrée non-inverseuse (+) et recevant une tension de référence Vrefl sur une entrée inverseuse (-). La sortie de l'amplificateur à transconductance 16 est reliée à une première borne du condensateur C par la broche 14 et à une borne inverseuse g- de l'entrée différentielle de réglage de gain de l'amplificateur 10. La borne non-inverseuse g+ de l'entrée de réglage de gain reçoit une tension de référence constante Bref 2. L'autre borne du condensateur C est reliée à une masse analogique AGND. Habituellement, le circuit de réglage de gain automatique de la figure 1 est intégré sur la même puce que des circuits numériques 18 qui, par exemple, effectuent un traitement numérique de la sortie Vout de l'amplificateur 10. Ces circuits numériques comportent une masse numérique DGND qui n'est en principe pas reliée à la masse analogique AGND. Toutefois, du bruit numérique provoqué par les hautes fréquences utilisées dans les circuits numériques 18 est inévitablement couplé vers la masse analogique AGND. Ce bruit numérique affecte 1' entrée de réglage de gain G de l'amplificateur 10 par l'intermediaire du condensateur C et provoque une distorsion du signal de sortie Vout. Le condensateur C s'avère être le seul chemin par lequel le bruit numérique peut affecter le circuit. En effet, tout autre chemin couplé à la masse présente des caractéristiques de suppression de bruit. Par exemple, le bruit numérique présent dans les lignes d'alimentation (non représentées) est supprimé par le taux de réjection d'alimentation (communément désigné par "PSRR") des amplificateurs 10 et 16. Les tensions de référence Vrefl et Vref2 sont fournies par des sources de tension de faible bruit (non représentées), qui peuvent être considérées corne non couplées à la masse. Une solution pour éviter que du bruit numérique n'affecte le circuit serait d'utiliser un intégrateur (16, C) muni d'une sortie différentielle pour commander l'entrée de réglage de gain G de l'amplificateur 10 en mode différentiel. Toutefois, corne cela a été expliqué précédemment, le condensateur externe C devrait alors être relié à deux broches de circuit intégré au lieu d'une seule. Une autre solution serait de relier le condensateur C à une source de tension de faible bruit et de basse impédance, au lieu de le relier à la masse AGND. Ici encore, on nécessiterait deux broches pour relier le condensateur externe C. Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit de réglage de gain automatique qui ne soit pas affecté par du bruit numérique couplé par l'intermédiaire de la masse, alors qu'il comporte une seule broche pour relier un condensateur d'intégration externe. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un circuit de réglage de gain automatique comprenant un amplificateur à gain variable muni de deux bornes différentielles de réglage de gain, une première de ces bornes de réglage de gain étant reliée à une tension de référence constante ; un détecteur de crête relié à la sortie de l'amplificateur à gain variable un intégrateur relié entre la sortie du détecteur de crête et la deuxième borne différentielle de réglage de gain, et comportant un condensateur d'intégration couplé à une borne de masse ; et un amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation et à faible bande passante, relié entre l'intégrateur et la deuxième borne différentielle de réglage de gain. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation est connecté pour avoir un gain unitaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation comprend un condensateur de limitation de bande passante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'intégrateur comprend un amplificateur à transconductance dont la sortie est reliée audit condensateur d'intégration et à l'entrée de l'amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation. 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 en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente un circuit de réglage de gain automatique classique qui est souvent intégré sur la même puce que des circuits numériques la figure 2 représente le circuit de réglage de gain automatique de la figure 1, incorporant un mode de réalisation de l'invention pour réduire les effets du bruit numérique ; et la figure 3 représente un exemple d'amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation et à faible bande passante que l'on peut utiliser dans le mode de réalisation de la figure 2. La figure 2 est identique à la figure 1, excepté pour la présence d'un amplificateur 20 placé entre la broche 14 et la borne g- de l'entrée différentielle de réglage de gain G de l'amplificateur 10. La bande passante de l'amplificateur 20 est choisie suffisamment basse (inférieure d'au moins un ordre de grandeur à la bande passante du bruit) afin de supprimer par filtrage le bruit présent sur la broche 14. Bien entendu, aucun bruit ne doit être introduit dans l'amplificateur 20 par des chemins tels que les lignes d'alimentation de l'amplificateur 20 ou par des éléments d'une boucle de contre-réaction couplée à la masse. Par conséquent, l'amplificateur 20 présente un taux élevé de réjection d'alimentation et est de préférence connecté, corne cela est représenté, dans une configuration de gain unitaire (sa sortie étant reliée à son entrée inverseuse). La figure 3 représente un amplificateur classique à taux élevé de réjection d'alimentation qui peut être utilisé dans la figure 2. Cet amplificateur est décrit dans IEEE ISSC, vol. SC-19, NO 6, décembre 1984, "Design Techniques for Cascoded CMOS Op-Amps With Improved PSRR and Common-Mode Input Range". L'amplificateur est réalisé en technologie MOS. Il comprend un étage différentiel formé d'un couple de transistors à canal N MN1 et MN2 dont les grilles constituent respectivement les entrées noninverseuse (+) et inverseuse (-) de l'amplificateur. Les sources des transistors MN1 et MN2 sont reliées à une tension d'alimentation basse Vss par un transistor à canal N MN3 et leurs drains sont reliés respectivement aux sources de transistors cascode à canal N MN4 et MN5. Des transistors à canal P MP1 et MP2, dont les sources sont reliées à une tension d'alimentation haute Vdd, constituent un miroir de courant.Les drains des transistors MP1 et MP2 sont reliés respectivement aux drains des transistors cas code MN4 et MN5. Les grilles des transistors MP1 et MP2 sont reliées l'une à l'autre et au drain du transistor MN5. Le drain du transistor MN4 est relié à la grille d'un transistor de sortie à canal P MP3. Le drain du transistor MP3 constitue la sortie de l'amplificateur et est relié à la tension Vss par un transistor à canal N MN6. La source du transistor MP3 est reliée à la tension Vdd. Les grilles des transistors MN4 et MN5 reçoivent une même tension de polarisation Vbl, et les grilles des transistors MN3 et MN6 reçoivent une même tension de polarisation Vb2. Les tensions d'alimentation Vdd et Vss peuvent être celles de l'amplificateur à gain variable 10. Tout bruit dans ces tensions d'alimentation, même si l'une d'elles est la masse analogique AGND, est supprimé par le taux de réjection d'alimentation de l'amplificateur 20. La bande passante de l'amplificateur 20 peut être réduite en réduisant le courant de repos de l'amplificateur (établi par la tension de polarisation Vb2). Si cela ne suffit pas, la bande passante peut être réduite davantage en reliant un condensateur C2 entre les drains des transistors MN1 et MP3. Le condensateur C2, de faible valeur, est intégrable. De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront à l'horde du métier. Le condensateur C n'est pas forcément directement relié à la masse. Il peut être couplé à la masse par le fait qu'il est relié à une ligne d'alimentation. REVENDICATIOWS 1. Circuit de réglage de gain automatique comprenant - un amplificateur à gain variable (10) muni de deux bornes différentielles de réglage de gain (g+, g-), une première (g+) de ces bornes de réglage de gain étant reliée à une tension de référence constante (Vref2) - un détecteur de crête (12) relié à la sortie (Vout) de l'amplificateur à gain variable - un intégrateur (16, C) relié entre la sortie du détecteur de crête et la deuxième borne différentielle de réglage de gain (g-), et comportant un condensateur d'intégration (C) couplé à une borne de masse (AGND) caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation (20) et à faible bande passante, relié entre l'intégrateur et la deuxième borne différentielle de réglage de gain. 2. Circuit de réglage de gain automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur à taux élevé de réjection d'alimentation est connecté pour avoir un gain unitaire. 3. Circuit de réglage de gain automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur (20) à taux élevé de réjection d'alimentation comprend un condensateur de limitation de bande passante (C2). 4. Circuit de réglage de gain automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intégrateur comprend un amplificateur à transconductance (16) dont la sortie est reliée audit condensateur d'intégration (C) et à l'entrée de l'amplificateur (20) à taux élevé de réjection d'alimentation.