Brevet FR2770004A1 — publié le 19990423

GENERATEUR DE COURANT CONSTANT PRECIS La présente invention concerne un générateur de courant de précision, fournissant un courant stable en fonction de la température et du processus de fabrication du générateur. Un tel générateur de courant est souvent utilisé dans un convertisseur numérique-analogique fournissant une sortie en courant dépendant du générateur. La figure 1 représente un générateur de courant précis classique. Ce générateur comprend une source de tension précise 10, telle qu'une source bande interdite ou "band-gap", qui fournit une tension constante Vbg indépendante de la température et du processus de fabrication. Cette tension constante Vbg est appliquée à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur opérationnel 12 qui commande un transistor suiveur MN1, généralement un transistor MOS à canal N. La source du transistor MN1 est reliée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 12 et alimente une résistance R reliée à une masse GNDe. Avec cette configuration, le potentiel de la source du transistor MNl est réglée à la valeur Vbg fournie par la source précise 10. Ainsi, il s'établit dans le transistor MN1 un courant déterminé par la tension constante Vbg et la résistance R. Ce courant constitue le courant de sortie du générateur. Il est généralement fourni, comme cela est représenté, à l'entrée d'un miroir de courant comprenant deux transistors MOS à canal P MP1 et MP2. Les sources des transistors MP1 et MP2 sont connectées à un potentiel d'alimentation haut Vdd. Les grilles des transistors MP1 et MP2 et le drain du transistor MP1 sont connectés au drain du transistor MN1. Avec cette configuration, le courant de sortie du générateur est recopié sur le drain du transistor MP2 et de tout autre transistor connecté au transistor MP1 comme le transistor MP2. La stabilité du courant fourni par le générateur (en fonction de la température et du processus de fabrication) dépend de la stabilité de la résistance R et de la tension Vbg. La source band-gap 10 permet de fournir une tension Vbg particulièrement stable. Par contre, les résistances intégrées sont peu stables. Ainsi, la résistance R est le plus souvent externe et connectée, conane cela est représenté, entre une masse externe GNDe et une patte de circuit intégré. La partie intégrée du générateur de courant, notamment la source band-gap 10, est reliée à une masse interne GNDi. Bien entendu, cette masse interne est connectée à la masse externe GNDe par une patte du circuit intégré, comme cela est représenté. Toutefois, la masse interne n'est pas directement accessible de l'extérieur, et la connexion s'effectue généralement par le substrat du circuit intégré. Ce substrat et sa liaison à la masse externe GNDe présentent une impédance Z. Le générateur de courant est la plupart du temps intégré avec des circuits numériques qui injectent du bruit dans le substrat. Ce bruit Vn se retrouve aux bornes de l'impédance Z. Si on considère que la masse interne GNDi est au potentiel 0, la masse externe GNDe sera au potentiel -Vn, alors que la source du transistor MN1, régulée par rapport à la masse interne GNDi, est au potentiel de référence Vbg. Par conséquent, la tension aux bornes de la résistance R est égale à Vbg + Vn, d'où il résulte que le courant de sortie du générateur est égal à (Vbg + Vn) /R et comporte une composante de bruit Vn/R nonnégligeable. La seule manière de filtrer ce bruit est de connecter un condensateur, comme cela est représenté en pointillés, entre les grilles des transistors MP1 et MP2 et la masse interne GNDi. Toutefois, les grilles des transistors MP1 et MP2 sont à basse impédance du fait de la connexion en diode du transistor MP1, ce qui nécessite un condensateur de filtrage de valeur élevée et difficile à intégrer de manière raisonnable. Pour contourner ce problème, on propose dans certaines applications de réaliser la résistance R sous forme intégrée. On supprime ainsi, dans le courant fourni par le générateur, la contribution du bruit Vn naissant entre les masses interne et externe. Toutefois, la résistance est alors fortement dépendante de la température et du processus de fabrication. Un objet de la présente invention est de prévoir un générateur de courant qui évite ces problèmes, c'est-à-dire qui fournisse un courant stable et dépourvu de bruit sans nécessiter un condensateur de filtrage de valeur importante. Cet objet est atteint grâce à un générateur de courant constant comprenant une source de tension de référence fournissant une tension constante par rapport à une première masse ; un amplificateur opérationnel recevant la tension constante sur une entrée non-inverseuse ; et un transistor suiveur commandé par la sortie de l'amplificateur opérationnel et connecté entre une entrée d'un miroir de courant et une première résistance connectée à la première masse. Il comprend en outre une deuxième résistance reliée entre une sortie du miroir de courant et une deuxième masse, la sortie du miroir de courant étant également couplée à une entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel ; et un moyen de filtrage connecté pour supprimer dans le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel toute composante alternative haute fréquence par rapport à la première masse. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de filtrage comprend une résistance connectée entre ladite sortie du miroir de courant et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel, et un condensateur connecté entre l'entrée inverseuse et la première masse. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'amplificateur opérationnel a une faible bande passante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première masse est une masse interne à un circuit intégré incluant le générateur de courant, et la deuxième masse est une masse externe reliée à la masse interne par une patte du circuit intégré, la deuxième résistance étant externe. 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 générateur de courant constant classique ; et la figure 2 représente un mode de réalisation de générateur de courant constant selon la présente invention. Le générateur de courant de la figure 2 comprend des mêmes éléments que celui de la figure 1, désignés par des mêmes références. Selon l'invention, la source du transistor MN1 est reliée à la masse interne GNDi par une résistance interne intégrée Ri, tandis que le miroir de courant MP1-MP2 comporte un transistor à canal P supplémentaire MP3, connecté au transistor MP1 comme le transistor MP2. Le transistor MP3 recopie le courant de sortie du générateur sur une résistance externe Re connectée à la masse externe GNDe. La résistance externe Re présente les caractéristiques nécessaires à conférer la stabilité au courant de sortie du générateur. Le point de connexion entre la résistance Re et le transistor MP3 est relié à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 12 par un filtre passe-bas qui agit par rapport à la masse interne GNDi. Comme cela est représenté, ce filtre passebas peut être constitué d'une résistance 14 reliée entre la résistance Re et l'entrée inverseuse de l'amplificateur 12, et d'un condensateur 16 relié entre l'entrée inverseuse de l'amplificateur 12 et la masse interne GNDi. Etant donné que les entrées de l'amplificateur 12 sont à haute impédance, le condensateur 16 peut être de faible valeur et la résistance 14 de forte valeur, ce qui rend le filtre intégrable sans difficultés. Le filtrage pourrait également être réalisé par une simple limitation de bande passante de l'amplificateur 12. Bien entendu, on pourra utiliser conjointement le filtre 14-16 et une limitation de bande passante de l'amplificateur 12. Le but à atteindre est de supprimer toute composante haute fréquence référencée à la masse interne GNDi dans le signal de sortie de l'amplificateur 12. Ceci assure l'application d'une tension dépourvue de bruit aux bornes de la résistance interne Ri. Ainsi, le courant naissant dans la résistance Ri, qui est également le courant de sortie du générateur, est dépourvu de bruit. Bien entendu, la résistance Ri n'étant pas stable en fonction du processus de fabrication et de la température, son courant est a priori susceptible de subir des variations en fonction de la température et de différer d'un circuit à l'autre. C'est le rôle de la résistance externe Re d'assurer la stabilité du courant. Ce fonctionnement sera compris ci-après. Les tensions sont référencées par rapport à la masse interne GNDi. En régime établi, on suppose que le courant fourni par le générateur est égal à Vbg/Re, où Vbg est la tension fournie par la source de tension "band-gap" 10 et Re la valeur de la résistance externe Re. Le courant Vbg/Re se retrouve dans les drains des transistors MP1 et MP3 par effet de miroir de courant. La tension aux bornes de la résistance Re est donc égale à Vbg. Etant donné que la masse externe GNDe est au potentiel -Vn, le point de connexion entre la résistance Re et le transistor MP3 est à un potentiel Vbg - Vn. Le filtre 14-16 supprime la composante alternative Vn, d'où il résulte que l'on trouve sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur 12 la composante continue Vbg. Le système est donc à l'équilibre, puisque les deux entrées de l'amplificateur 12 reçoivent des tensions égales, et fournit un courant Vbg/Re dépourvu de bruit et dépendant de valeurs (Vbg et Re) qui sont stables en fonction de la température et du processus de fabrication. L'état qui vient d'être décrit est bien l'état d'équilibre. En effet, si la résistance Ri diminue, par exemple, du fait de la température, le courant dans le transistor MN1, et donc dans le transistor MP3 augmente. Cette augmentation de courant provoque une augmentation de la tension aux bornes de la résistance Re et donc de la tension sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur 12. L'amplificateur 12 réagit en diminuant sa tension de sortie et donc le courant dans la résistance Ri, ceci jusqu'à ce que la tension sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur 12 soit redevenue égale à la tension Vbg sur 1' entrée non-inverseuse. En fait, la valeur de la résistance Ri importe peu, puisque le système réagit en ajustant la tension de sortie de l'amplificateur 12 pour obtenir le courant adéquat Vbg/Re dans la résistance Ri. En pratique, on choisira des résistances Ri et Re sensiblement égales. L'absence de bruit dans le courant de sortie du générateur repose sur le fait que le courant est généré en appliquant une tension dépourvue de bruit aux bornes de la résistance interne Ri. Le bruit qui est susceptible de parvenir jusqu'à la résistance Ri peut être supprimé en amont par le filtre 14-16. Il pourrait également être supprimé plus en aval en limitant la bande passante de l'amplificateur 12 ou bien en connectant un filtre passe-bas à la sortie de l'amplificateur 12. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les transistors, décrits comme des transistors MOS, peuvent être remplacés par des transistors bipolaires. REVENDICATIONS 1. Générateur de courant constant comprenant - une source de tension de référence (10) fournissant une tension (Vbg) constante par rapport à une première masse (GNDi) - un amplificateur opérationnel (12) recevant la tension constante sur une entrée non-inverseuse ; et - un transistor suiveur (MN1) commandé par la sortie de l'amplificateur opérationnel et connecté entre une entrée (MP1) d'un miroir de courant et une première résistance (Ri) connectée à la première masse caractérisé en ce qu'il comprend - une deuxième résistance (Re) reliée entre une sortie (MP3) du miroir de courant et une deuxième masse (GNDe), la sortie du miroir de courant étant également couplée à une entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel ; et - un moyen de filtrage (14, 16) connecté pour supprimer dans le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel toute composante alternative haute fréquence par rapport à la première masse (GNDi). 2. Générateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de filtrage comprend une résistance (14) connectée entre ladite sortie (MP3) du miroir de courant et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel, et un condensateur (16) connecté entre l'entrée inverseuse et la première masse (GNDi). 3. Générateur de courant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'amplificateur opérationnel (12) a une faible bande passante. 4. Générateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première masse (GNDi) est une masse interne à un circuit intégré incluant le générateur de courant, et la deuxième masse (GNDe) est une masse externe reliée à la masse interne par une patte du circuit intégré, la deuxième résistance (Re) étant externe.