Brevet FR2769103A1 — publié le 19990402

SOURCE DE POLARISATIOW INDEPENDANTE DE SA TENSION D'ALIMENTATION La présente invention concerne le domaine des sources de polarisation propres à fixer un courant de polarisation à une valeur prédéterminée, ce courant étant destiné à être répliqué pour alimenter différents sous-ensembles d'un circuit électronique. La présente invention concerne plus particulièrement les sources de polarisation réalisées au moyen de transistors bipolaires. La figure 1 représente un exemple de schéma classique d'une source de polarisation en Vbe/R. Une telle source de polarisation comprend une première branche de référence, constituée d'une résistance R montée en série avec un transistor bipolaire T1 entre deux lignes d'alimentation Vcc et Vee, et une deuxième branche de sortie, constituée d'un transistor bipolaire T2 monté en série avec une résistance Rpol entre une des lignes d'alimentation et une borne 1 de sortie de la source de polarisation. Dans 1' exemple représenté à la figure 1, la source de polarisation est une source dite à "courant entrant" et les transistors T1 et T2 sont des transistors NPN. Le collecteur du transistor T1 est relié à la ligne Vcc (d'alimentation positive) par l'intermédiaire de la résistance R de polarisation du montage et l'émetteur du transistor T1 est relié à la ligne Vee (généralement la masse). La base du transistor TI est reliée à l'émetteur du tran sistor T2 dont le collecteur constitue la borne de sortie 1. La base du transistor T2 est reliée au collecteur du transistor T1. L'émetteur du transistor T2 est relié à la ligne Vee par l'intermédiaire de la résistance Rpol destinée à fixer la valeur du courant 1out généré par la source de polarisation. La reproduction du courant Iout ou de son multiple, pour polariser différents sous-ensembles du circuit associé à la source de polarisation représentée à la figure 1, est effectuée au moyen de transistors montés en miroir de courant entre la borne 1 et la ligne d'alimentation Vcc. Un premier transistor bipolaire Q de type PNP est monté en diode entre la ligne d'alimentation Vcc et la borne 1, et d'autres transistors bipolaires Q' sont montés en miroir de courant sur ce transistor Q. Le nombre de transistors Q' dépend du nombre de sous-ensembles à polariser et les rapports de surface respectifs entre un transistor Q' et le transistor Q fixent le rapport de proportionnalité entre le courant Iout et le courant de polarisation du sous-ensemble correspondant. A la figure 1, les transistor Q et Q' ont été représentés en pointillés, car ils ne font pas partie de la source de polarisation proprement dite. Un inconvénient d'une telle source de polarisation est que le courant Iout dépend de la valeur de la tension d'alimentation Vcc. Pour évaluer la dépendance du courant de sortie par rapport à la tension d'alimentation, on peut utiliser le paramètre S qui, par définition, représente le pourcentage de variation d'un courant divisé par le pourcentage de variation d'une tension ou inversement. Ainsi, le paramètre SVccIout représente le pourcentage de variation du courant de sortie (dIout/Iout) divisé par le pourcentage de variation de la tension d'alimentation (dVcc/Vcc). Parmi les équations régissant le montage de la figure 1, on peut écrire, en négligeant les courants de base des transistors où Ie2 représente le courant d'émetteur du transistor T2, où Vt représente la tension thermodynamique, où 1s1 représente le courant de saturation du transistor T1 qui dépend de paramètres technologiques (dopage de la base, largeur de la base, etc.) et de la surface d'émetteur et est indépendant de la tension d'alimentation, et où Iref est le courant de référence traversant la résistance R. En dérivant cette formule par rapport à Vcc, le paramètre S peut s'exprimer de la façon suivante : où SVccIref représente le pourcentage de variation du courant Iref divisé par le pourcentage de variation de la tension d'alimentation Vcc. Or, pour une tension Vcc suffisamment élevée (par exemple, d'environ 10 volts), on peut considérer que le paramètre Sirex est égal à 1. En effet, 1ref = (Vcc - Vbel - Vbe2)/R, où Vcc Vbe2 représente la tension base-émetteur du transistor T2, et on peut alors négliger les chutes de tension base-émetteur par rapport à la tension d'alimentation. Par contre, la présence d'un terme en 1/Iout dans le paramètre SVccIout alors que tous les autres termes (Vt, Rpol et SVIref) sont constants montre bien la dépen Vcc. dance du courant de sortie par rapport à la tension d'alimentation. A titre d'exemple particulier, pour une tension thermo- dynamique Vt de 26 mV à 250C et pour une résistance Rpol de 6,6 on @n obtient un courant 1out d'environ 113,8 yA pour une tension Vcc de 10 V. Pour une variation de 10% de la tension d'alimentation Vcc, on obtient une variation du courant de sortie d'environ 0,4%. La figure 2 représente un exemple de schéma classique d'une source de polarisation, dite "croisée" ou en "AVbe/R". Une telle source en #Vbe/R comprend, entre les lignes d'alimentation Vcc et Vee, une première branche pourvue, en série, d'une résistance R, d'un transistor PNP T3, d'un transistor NPN T4 monté en diode, et d'un transistor NPN T5, et une deuxième branche pourvue, en série, d'une résistance R, d'un transistor PNP T6 monté en diode, de deux transistors NPN T7 et T8 et d'une résistance Rpol. On suppose, dans cet exemple, que le courant de sortie Tout correspondant au courant de collecteur du transistor T6 est un courant "entrant" dans la source de polarisation. Les bases des transistors T3 et T6 sont reliées au collecteur du transistor T6. Les bases des transistors T4 et T7 sont reliées au collecteur du transistor T4. L'émetteur du transistor T7 est relié à la base du transistor T5 et au collecteur du transistor T8. L'émetteur du transistor T4 est relié à la base du transistor T8 et au collecteur du transistor T5. Les résistances R sont optionnelles. Came précédemment, un ou plusieurs transistors (Q', figure 1) sont montés en miroir de courant sur le transistor T6 pour polariser les différents sous-ensembles du circuit. Le fonctionnement d'une telle source de polarisation en AVbe/R est parfaitement connu. La valeur du courant 1out est donnée, en négligeant les courants de base, par la relation suivante où S3, S4, S6, S7 représentent les surfaces d'émetteur respectives des transistors T3, T4, T6 et T7, où Vce6 représente la tension collecteur-émetteur du transistor T6, et où VAsNFN désigne la tension d'Early du transistor T6 et traduit l'impédance de sortie de ce transistor bipolaire. Dans cette formule, le seul terme variable en fonction de la tension d'alimentation Vcc est la tension collecteurémetteur du transistor T6. En effet, cette tension peut s'exprimer sous la forme Vcc - 2Vbe. Par conséquent, quand la tension d'alimentation augmente, la tension Vce6 augmente et le courant de sortie IoUt diminue, le rapport Vce6/VAFNpN n'étant pas négligeable par rapport à 1. Dans une source de polarisation en AVbe/R, une variation de la tension d'alimentation Vcc d'environ 10% conduit à une variation du courant de sortie d'environ 0,6%. On notera toutefois que la variation du courant de sortie est inversée par rapport à une source de polarisation en Vbe/R. En effet, la variation du courant de polarisation par rapport à la valeur nominale pour laquelle est dimensionnée la source de polarisation, est négative pour une augmentation de la tension d'alimentation Vcc par rapport à sa valeur nominale. Dans une source de polarisation en Vbe/R, cette variation est positive. Une autre distinction entre les sources de polarisation en Vbe/R et en AVbe/R est le signe de leur coefficient de variation en température respectif. Dans une source en Vbe/R, le coefficient de variation en température est négatif, c'est-à-dire que le courant de polarisation diminue avec une augmentation de la température, alors que ce coefficient est positif pour une source en AVbe/R. Les coefficients de variation en température respectifs des sources en Vbe/R et en AVbe/R sont généralement de l'ordre de -1,5.10-3/OC et de +1,5.10-3/OC. Une source en AVbe/R présente, par rapport à une source en Vbe/R plusieurs inconvénients. Tout d'abord, elle nécessite beaucoup plus de composants. De plus, elle requiert un circuit 2 (figure 2) de démarrage de cette source de polarisation qui présente en effet deux états stables. Un tel système de démarrage est constitué, soit d'une résistance de valeur importante qui prend donc de la place sur le circuit intégré, soit d'un transistor à effet de champ qui présente l'inconvénient d'entraîner une consommation permanente, ou d'un système électronique encore plus complexe. Un objet de la présente invention est de proposer une nouvelle source de polarisation dans laquelle l'indépendance du courant de sortie par rapport à la tension d'alimentation est optimisee. Un autre objet de la présente invention est de proposer une source de polarisation de structure simple, en particulier, ne nécessitant pas de système de démarrage et qui, de plus, n'altère pas le coefficient de variation en température par rapport aux sources classiques. Une caractéristique de la présente invention est d'associer, à une source de polarisation en Vbe/R, un moyen pour générer un courant d'erreur pour compenser, sur la branche de sortie de cette source, le courant circulant dans sa branche de référence. Plus particulièrement, la présente invention prévoit une source de polarisation en Vbe/R du type comprenant une première branche de référence et une deuxième branche de sortie, la source de polarisation comportant un moyen de correction d'un courant de sortie par un courant d'erreur proportionnel au courant circulant dans la branche de référence. Selon un mode de réalisation de la presente invention, le moyen de correction est constitué d'un miroir de courant comprenant un transistor de mesure du courant de référence et un transistor de génération du courant d'erreur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le courant d'erreur est mélangé à un courant de collecteur d'un transistor de sortie de la source de polarisation. Selon un mode de réalisation de la présente invention la source de polarisation comporte un montage en Vbe/R dont la première branche de référence comprend une résistance montée en série avec un premier transistor et dont la deuxième branche de sortie comprend un transistor monté en série avec une résistance de fixation du courant de sortie ; et un montage de génération du courant d'erreur dont un transistor de mesure est intercalé entre la résistance de la branche de référence et une première ligne d'alimentation, et dont un deuxième transistor de génération du courant d'erreur est monté en miroir de courant sur le transistor de mesure, le collecteur du transistor de génération étant relié au collecteur du deuxième transistor du montage en Vbe/R. Selon un mode de réalisation de la présente invention, une résistance est intercalée entre l'émetteur du transistor de génération du courant d'erreur et la première ligne d'alimenstation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les transistors du montage en Vbe/R sont de type NPN, les transistors du montage de génération du courant d'erreur étant de type PNP. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les transistors du montage en Vbe/R sont de type PNP, les transistors du montage de génération du courant d'erreur étant de type NPN. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la source de polarisation comporte un premier montage en Vbe/R dont une première branche de référence comprend une résistance fixant un courant de référence et un premier transistor NPN, et dont une deuxième branche de sortie comprend un deuxième transistor NPN et une première résistance de fixation d'un premier courant de sortie ; et un deuxième montage en Vbe/R dont une première branche de référence comprend un premier transistor PNP et ladite résistance fixant le courant de référence, et dont une deuxième branche de sortie comprend un deuxième transistor PNP et une deuxième résistance de fixation d'un deuxième courant de sortie un premier montage de génération d'un courant d'erreur de correction du premier courant de sortie ; et un deuxième montage de génération d'un deuxième courant d'erreur de correction du deuxième courant de sortie. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque montage de génération de courant d'erreur, associé à un montage en Vbe/R, utilise comme transistor de mesure du courant de référence, le premier transistor de l'autre montage en Vbe/R. 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 les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'une source de polarisation à courant entrant selon la présente invention la figure 4 représente un mode de réalisation d'une source de polarisation à courant sortant selon la présente invention ; et la figure 5 représente un mode de réalisation d'une source de polarisation à courants entrant et sortant selon la présente invention. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Selon la présente invention, on utilise un montage en Vbe/R de structure classique, et on lui associe un montage permettant d' asservir un courant de correction du courant de sortie sur la valeur du courant circulant dans la branche de référence de la source de polarisation. La figure 3 représente un mode de réalisation de la présente invention, constituant une source de polarisation propre à générer un courant de sortie Iout destiné à être reproduit pour amener un courant correspondant (ou proportionnel) dans des sousensembles d'un circuit électronique (non représenté) à alimenter. Selon ce mode de réalisation, on utilise un montage 10 en Vbe/R similaire à la source classique illustrée par la figure 1. Ainsi, le montage 10 est constitué d'une branche de référence comprenant une résistance R en série avec un transistor NPN T1 dont l'émetteur est connecté à une ligne d'alimentation la plus négative Vee (généralement la masse), et d'une deuxième branche comprenant un transistor NPN T2 en série avec une résistance Rpol de fixation du courant de polarisation souhaité. La base du transistor T1 est reliée à l'émetteur du transistor T2, et la base du transistor T2 est reliée au collecteur du transistor T1. Une borne 11 de sortie de la source de polarisation est définie par le collecteur du transistor T2. Selon ce mode de réalisation, la résistance R est reliée à la ligne positive Vcc d'alimentation par l'intermédiaire d'un transistor PNP T10 monté en diode et dont l'émetteur est connecté à la ligne Vcc. Le transistor T10 est monté en miroir de courant avec un transistor PNP T11 dont l'émetteur est relié à la ligne Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R' et dont le collecteur est relié à la borne 11 de sortie de la source. Le montage constitué des transistor T10 et T11 et de la résistance R' constitue un montage 12 généralement désigné par l'appellation "source de Widlr". Selon la présente invention, le courant de référence Iref circulant dans la première branche de la source de polarisation est recopié par le montage 12 pour générer un courant d'erreur 1err de correction du courant de collecteur du transistor T2. Par conséquent, le courant 1out correspond au courant de collecteur Ic2 du transistor T2 diminué du courant d'erreur Ierr. Parmi les équations régissant le fonctionnement du montage de la figure 3, on peut écrire, en négligeant les courants de base des transistors La valeur du courant Iout peut donc s'écrire La variation du courant de sortie par rapport à la tension d'alimentation ressort du paramètre SVccIout correspondant au pourcentage de variation du courant de sortie divisé par le pourcentage de variation de l'alimentation. Ce paramètre peut être exprimé comne suit Comme précédemment, le paramètre SVccIref peut, en première approximation, être considéré comme unitaire si la tension d'alimentation Vcc est suffisamment grande par rapport aux tensions base-émetteur des transistors bipolaires (Iref = (Vcc - 3Vbe)/R). On minimise donc le pourcentage de variation par le terme comprenant le courant d'erreur Ierr. A titre d'exemple particulier, pour une tension Vcc de 10 volts, et une résistance Rpol de 6,6 kn, on obtient, avec Vt = 26 mV à 250C, un courant 1out d'environ 100 /iA et un courant 1err d'environ 13 pA. Pour une variation de la tension Vcc de l'ordre de 10%, on obtient alors une variation du courant de sortie de l'ordre de 0,05 W. Cette variation est à rapprocher des variations de 0,4 et 0,6 des sources de polarisation connues. Un avantage de la présente invention est qu'elle minimise l'influence d'une variation de la tension d'alimentation sur la valeur du courant de sortie. Un autre avantage de la présente invention est que la source de polarisation proposée conserve une structure simple et peu encombrante. En particulier, elle ne nécessite pas de système de démarrage comme dans une source de polarisation en AVbe/R. On notera que, dans une source de polarisation selon l'invention, le coefficient de variation en température est de même signe que dans une source de polarisation en Vbe/R classique, c'est-à-dire négatif. Le coefficient de variation en température peut s'exprimer de la façon suivante où T représente la température en degrés Celsius. En considérant que les transistors bipolaires sont réalisés dans une technologie conduisant à un Vbe d'environ 750 mV et à un dVbe/dT d'environ -2mV/OC, et que la résistance Rpol est une résistance en silicium polycristallin obtenue à partir d'une couche ayant une résistance carrée de 1 ksi, , on obtient un coeffi- cient K de l'ordre de -1,5.10-3/ C pour une source en Vbe/R classique et de -2,0.10-3/ C pour une source de polarisation selon l'invention telle que représentée à la figure 3. Cette différence provient du fait que, pour un même courant de sortie 1oust' le courant Ic2 présente des valeurs légèrement différentes entre les deux schémas en raison de la soustraction du courant d'erreur dans le montage de l'invention. Par conséquent, la présente invention préserve la qualité de stabilité en température d'une source de polarisation en Vbe/R classique. La figure 4 représente un mode de réalisation d'une source de polarisation selon l'invention, destinée à générer un courant 1,out propre à être reproduit pour prélever un courant correspondant (ou proportionnel) sur des sous-ensembles du circuit électronique à alimenter. La constitution du montage de la figure 4 se déduit de celui exposé en relation avec la figure 3 en inversant les positions respectives de la source de polarisation en Vbe/R 10' et du montage de Widlar 12' par rapport aux lignes d'alimentation Vcc et Vee, et en remplaçant les transistors PNP T10, Tll par des transistors NPN T'10, T'11 et les transistors NPN T1, T2 par des transistors PNP T'1, T'2. La borne de sortie 11' de la source de polarisation représentée à la figure 4 est constituée par le collecteur du transistor T'2 dont l'émetteur est relié à la ligne positive d'alimentation Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R'pol. Un courant d'erreur I'err proportionnel au courant Iref de la branche de référence est prélevé sur la borne 11'. Ce courant 1,ers est, comme dans le mode de réalisation de la figure 3, proportionnel au courant Tref circulant dans la première branche de la source de polarisation. Le fonctionnement du montage exposé à la figure 4 se déduit de celui exposé en relation avec la figure 3. La figure 5 représente un mode de réalisation d'une source de polarisation mixte selon la présente invention, c'està-dire propre à fixer des courants de sortie entrant 1out et sortant 1,out Pour réaliser une telle source de polarisation, on utilise, selon la présente invention, deux sources de polarisation en Vbe/R 10 et 10' correspondant respectivement aux montages exposés en relation avec les figures 3 et 4. Toutefois, selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, une seule résistance R fixant le courant de référence 1ref est utilisée. Cette résistance est placée entre le collecteur du transistor T'1 de la source 10' et le collecteur du transistor T1 de la source 10. Un avantage d'une telle combinaison est qu'on économise ainsi la réalisation d'une résistance, ce qui minimise la surface occupée sous forme de circuit intégré. Une autre caractéristique du mode de réalisation illustré par la figure 5 est que les montages de Widlar 12 et 12' destinés à générer respectivement les courant Ierr et I'err utilisent, en guise de transistor T10 (figure 3) et T'10 (figure 4) de mesure du courant Irez, les transistors T'1 et T1. Ainsi, la base du transistor T'1, qui est un transistor PNP, est reliée à la base du transistor PNP T11 du montage 12 chargé de générer le courant d'erreur Ierr de correction du courant Iout De façon similaire, la base du transistor T1, qui est un transistor NPN, est reliée à la base du transistor T'11 du montage 12' chargé de générer le courant 1,ers de correction du courant Itou. On notera que les transistor T1 et T'1 n'ont pas besoin d'être montés en diode. En effet, ces transistors sont déjà traversés par le courant 1ref et leurs bases respectives sont polarisées par l'intermédiaire des résistances Rpol et RWpol. Le fonctionnement du montage de la figure 5 se déduit des fonctionnements respectifs des montages des figures 3 et 4. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les surfaces des différents transistors bipolaires seront adaptées en fonction de l'application et des rapports souhaités entre les courants De même, les dimensionnements des différentes résistances sont à la portée de l'homme du métier en fonction des valeurs de courant souhaitées et de la tension nominale d'alimentation. En outre, on veillera à utiliser, en particulier pour les résistances R' et Rpol (figures 3 et 5), R' et Rpol (figures 4 et 5), des résistances de même type et à implanter ces résistances à proximité l'une de l'autre dans une réalisation sous forme de circuit intégré. REVENDICATIONS 1. Source de polarisation en Vbe/R du type comprenant une première branche de référence et une deuxième branche de sortie, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen (12, 12') de correction d'un courant de sortie (Iout, 1,out) par un courant d'erreur (Ierrl I'err) proportionnel au courant 2. Source de polarisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen (12, 12') est constitué d'un miroir de courant (T10, T11) comprenant un transistor de mesure (T10, T'10 ; T1, T'1) du courant de référence (Iref) et un transistor (T11, T'11) de génération du courant d'erreur (Ierr, I'err). 3. Source de polarisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le courant d'erreur (Ierr, I'err) est mélangé à un courant de collecteur d'un transistor (T2, T'2) de sortie de la source de polarisation. 4. Source de polarisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un montage (10, 10') en Vbe/R dont la première branche de référence comprend une résistance (R) montée en série avec un premier transistor (T1, T'1) et dont la deuxième branche de sortie comprend un transistor (T2, T'2) monté en série avec une résistance (Rpol, R'pol) de fixation du courant (Iout, Stout) de sortie ; et un montage (12, 12') de génération du courant d'erreur (Ierr, I'err) dont un transistor de mesure (T10, T'10) est intercalé entre la résistance (R) de la branche de référence et une première ligne d'alimentation (Vcc, Vee), et dont un deuxième transistor (T11, T'11) de génération du courant d'erreur (ter, est est monté en miroir de courant sur le transistor de mesure, le collecteur du transistor de génération étant relié au collecteur du deuxième transistor (T2, T'2) du montage en Vbe/R. 5. Source de polarisation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une résistance (R') est intercalée entre l'émetteur du transistor (T11, T' 11) de génération du courant d'erreur (Ierr, I'err) et la première ligne d'alimentation (Vcc, Vee). 6. Source de polarisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les transistors (T1, T2) du montage en Vbe/R (10) sont de type NPN, les transistors (T10, T11) du montage (12) de génération du courant d'erreur (Ierr) étant de type PNP. 7. Source de polarisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les transistors (T'1, T'2) du montage (10') en Vbe/R sont de type PNP, les transistors (T'10, T'11) du montage (12') de génération du courant d'erreur 8. Source de polarisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier montage (10) en Vbe/R dont une première branche de référence comprend une résistance (R) fixant un courant de référence un deuxième montage (10') en Vbe/R dont une première branche de référence comprend un premier transistor PNP (T'1) et ladite résistance (R) fixant le courant de référence, et dont une deuxième branche de sortie comprend un deuxième transistor PNP (T'2) et une deuxième résistance (R'pol) de fixation d'un deuxième courant (I'out) de sortie un premier montage (12) de génération d'un courant d'erreur (Ierr) de correction du premier courant de sortie ; et un deuxième montage (12') de génération d'un deuxième courant d'erreur (I'err) de correction du deuxième courant de sortie (I'out) 9. Source de polarisation selon les revendications 2 et 8, caractérisée en ce que chaque montage (12, 12') de génération de courant d'erreur (Ierr, I'err), associé à un montage (10, 10') en Vbe/R, utilise comme transistor de mesure du courant de référence (Iref), le premier transistor (T'1, T1) de l'autre montage en Vbe/R.