Brevet FR2783650A1 — publié le 20000324

ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un circuit à grande échelle d'intégration (LSI) et plus spécifiquement, un circuit de commutation de source de courant CMOS LSI pour commuter à l'état activé et à l'état désactivé un courant électrique destiné à être appliqué depuis la source de courant du LSI sur une charge. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Divers circuits tels qu'un oscillateur commandé en tension (VCO), un filtre en boucle utilisé pour une boucle à verrouillage de phase (PLL), une minuterie qui utilise une constante de temps constituée par un circuit RC etc... peuvent être des circuits pour commander la source de courant d'un LSI. Les figures 1 et 2 représentent la technologie classique d'un circuit de commutation de source de courant pour commuter à l'état activé et à l'état désactivé le courant électrique qui circule depuis une source de courant jusqu'à une charge. Dans le circuit représenté sur la figure 1, un transistor à effet de champ ou FET 11 qui fonctionne en tant que commutateur pour activer et désactiver le courant électrique appliqué depuis un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur ou MOSFET (source de courant) 10 qui est connecté par exemple au côté de masse et qui fait partie d'une source de courant et une charge 12 connectée par exemple à une alimentation sont connectés en série. Lorsqu'il devient non nécessaire d'appliquer un courant électrique pour la charge 12, le circuit établit le FET 11 dans l'état désactivé conformément à un signal de commande qui est entré sur la grille du FET 11 et la source de courant 10 est déconnectée de la charge 12. Le circuit représenté sur la figure 2 est souvent utilisé dans un convertisseur numérique/analogique haute vitesse etc... Dans le circuit représenté sur la figure 1, un FET 13 est connecté entre une alimentation et un noeud N1, c'est-à-dire entre la source de courant 10 et le commutateur 11. Sur la grille du FET 13, un inverseur 14 constitué en inversant le signal de commande appliqué pour la grille du commutateur 11 est connecté. Dans ce circuit, lorsqu'il n'est pas nécessaire qu'un courant électrique circule au travers de la charge 12, le commutateur 11 est désactivé conformément au signal de commande et le commutateur 13 est activé. En tant que résultat, le courant électrique qui circule au travers de la source de courant 10 est retourné à l'alimentation, c'est-à-dire qu'il est abandonné. Conformément à la première technologie classique représentée sur la figure 1, la source de courant 10 elle-même est désactivée en désactivant le commutateur 11. Par conséquent, un certain temps est consommé pour atteindre une valeur nécessaire du noeud N1 afin de faire fonctionner la source de courant 10. En outre, la valeur du décalage d'une charge électrique est importante lors du passage à l'état activé/désactivé sur la capacité de jonction du FET. En tant que résultat, on a le problème constitué par le fait qu'une commutation rapide ne peut pas être réalisée. Afin de résoudre le problème mentionné ci-avant, selon la seconde technologie classique, la source de courant 10 n'est pas désactivée et le décalage de la charge électrique sur la capacité de jonction est minimisé, d'o une commutation rapide couronnée de succès. Cependant, cette technologie a pour problème qu'une puissance électrique plus importante est nécessaire pour faire fonctionner la source de courant 10 même lorsqu'il n'est pas nécessaire d'appliquer un courant électrique pour la charge 12. RÉSUMÉ DE L'INVENTION La présente invention vise à proposer un circuit de commutation de source de courant permettant de réaliser une commutation rapide avec une puissance électrique plus faible. Le circuit de commutation de source de courant selon la présente invention a besoin d'au moins un transistor qui fait partie d'une source de courant et d'un commutateur pour commander l'application d'un courant électrique depuis le transistor sur une charge. Lorsqu'un courant électrique n'est pas appliqué par un commutateur pour une charge, la tension électrique qui présente une valeur dans un état de fonctionnement en tant que source de courant est appliquée sur le transistor (l'application d'un courant électrique sur la charge est commandée par le commutateur). En appliquant la tension sur le transistor, il devient possible de maintenir le fonctionnement du transistor dans une zone de saturation. Par conséquent, indépendamment de l'activation/la désactivation du commutateur, la capacité parasite du transistor est difficilement chargée ou déchargée. Le temps de croissance de la tension lorsque le commutateur est activé peut être très court. En tant que résultat, le courant électrique appliqué pour la charge devient davantage stable, d'o ainsi la réalisation d'un commutateur plus rapide. Puisqu'une quantité plus faible de courant électrique circule au travers de la totalité du circuit lorsqu'aucun courant électrique circule au travers de la charge, une puissance électrique plus faible est requise. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 représente la première technologie classique du circuit de commutation de source de courant; la figure 2 représente la seconde technologie classique du circuit de commutation de source de courant; la figure 3 représente la configuration de base du circuit de commutation de source de courant selon la présente invention; la figure 4 représente un exemple pratique de la configuration de base représentée sur la figure 3; la figure 5 représente un courant électrique qui circule au travers de la totalité du circuit selon la technologie classique la figure 6 représente un courant électrique qui circule au travers du circuit de commutation de source de courant selon la présente invention; la figure 7 représente la configuration du circuit de commutation de source de courant en tant que premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 8 représente la configuration du circuit de génération d'onde triangulaire (1) qui utilise le circuit de commutation de source de courant selon le second mode de réalisation de la présente invention; la figure 9 représente une variation de la tension de borne du condensateur statique représenté sur la figure 8; et la figure 10 représente la configuration du circuit de génération d'onde triangulaire (2) qui utilise le circuit de commutation de source de courant selon le troisième mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS La figure 3 représente la configuration de base du circuit de commutation de source de courant selon la présente invention. De façon davantage pratique, la figure 3 est un schéma fonctionnel qui représente la configuration de base du commutateur de source de courant comportant un transistor 21 qui fait partie d'une source de courant et un commutateur 22 selon la présente invention. Comme représenté sur la figure 3, une unité d'application de tension 24 est connectée au point de connexion entre le transistor 21 qui fait partie d'une source de courant et le commutateur 22. L'unité d'application de tension 24 applique une valeur de tension dans l'état de fonctionnement en tant que source de courant du transistor 21 lorsqu'il n'est pas nécessaire qu'un courant électrique soit appliqué pour la charge 23. Ainsi, lorsqu'il n'est pas nécessaire qu'un courant électrique soit appliqué pour la charge 23, le transistor 21 maintient son fonctionnement dans la zone de saturation. La valeur de capacité de la capacité de jonction du transistor dépend largement par exemple de la tension entre un drain et une grille mais la valeur varie peu dans la zone de saturation. Par conséquent, la charge et la décharge de la capacité de jonction dans le transistor 21 sont faibles indépendamment de l'activation/la désactivation du commutateur 22. En tant que résultat, un commutateur plus rapide peut être réalisé et un courant électrique stable peut être appliqué pour la charge 23. Lorsque la source de courant qui comprend le transistor 21 est par exemple la source de courant sur le côté du miroir dans un circuit miroir de courant, c'est-à-dire sur le côté au niveau duquel un courant électrique est reçu, I'unité d'application de tension 24 applique la tension au niveau du point de connexion entre la source de courant originale du circuit miroir de courant et le transistor simulé en tant que diode dans le circuit miroir de courant. La tension dépend de la tension de borne à appliquer sur la charge 23 à un instant suivant o un courant électrique circule au travers de la charge 23. La figure 4 représente un exemple pratique de la configuration de base représentée sur la figure 3. Dans la configuration représentée sur la figure 4, I'unité également représentée sur la figure 3 se voit assigner le même numéro d'unité. Comme représenté sur la figure 4, le transistor 21 qui constitue une source de courant est connecté au côté de masse. Le commutateur 22 et la charge 23 connectés par exemple à une alimentation sont connectés en série au transistor 21. Une alimentation 31 et un commutateur 32 sont connectés en série à un noeud N3 en tant que point de connexion entre le transistor 21 et le commutateur 22. L'alimentation 31 et le commutateur 32 correspondent à l'unité d'application de tension 24 représentée sur la figure 3. Le commutateur 22 est désactivé lorsqu'il n'est pas nécessaire d'appliquer un courant électrique pour la charge 23. En lieu et place, la tension de l'alimentation 31 est appliquée sur le noeud N3 en activant le commutateur 32. La valeur de la tension est établie de telle sorte que le transistor 21 qui fait partie d'une source de courant fonctionne en tant que source de courant, c'est-à-dire de telle sorte que le transistor 21 fonctionne dans la zone de saturation. En tant que résultat, un commutateur plus rapide peut être réalisé et un courant électrique stable peut être obtenu. Les figures 5 et 6 représentent que la présente invention permet de résoudre le problème rencontré avec la seconde technologie classique décrite par report à la figure 2, c'est-à- dire le problème consistant en ce qu'une puissance électrique plus importante est requise en retournant un courant électrique sur le côté d'alimentation lorsqu'aucun courant électrique ne circule au travers du circuit représenté sur la figure 2. La figure 5 représente la seconde technologie classique dans laquelle un courant électrique circule au travers du circuit représenté sur la figure 2. Sur la figure 5, un transistor 41 est utilisé pour appliquer un courant électrique qui circule au travers du transistor 10 au travers d'un circuit miroir de courant. On suppose que le rapport de l'aire de l'émetteur du transistor 41 qui fait partie d'un circuit miroir de courant sur celle du transistor 10 est m: n et que le transistor 13 est activé par l'inverseur 14 même si le transistor (le commutateur) 11 est désactivé lorsqu'il n'est pas nécessaire d'appliquer un courant électrique sur la charge 12. A cet instant, le courant électrique la qui circule au travers de la totalité du circuit est la somme des courants électriques qui circulent au travers des transistors 41 et 10. Si l'on suppose que I représente le courant électrique qui circule au travers du transistor 41, la = I + (n/m). I. La figure 6 représente le courant électrique qui circule au travers du circuit lorsque la présente invention est appliquée au circuit représenté sur la figure 5. Dans ce circuit, un transistor 50 remplace le transistor 13 entre le point de connexion des transistors 10 et 11 et le point de connexion de la source de courant originale du miroir de courant non représenté sur les dessins annexés et le transistor 41. L'inverseur 14 est connecté à la grille du transistor 50. Sur la figure 6, le courant électrique appliqué pour le transistor qui fait partie d'une source de courant est appliqué par le circuit miroir de courant lorsqu'un courant électrique circule au travers de la charge 12. Lorsqu'il est non nécessaire qu'un courant électrique circule au travers de la charge 12, le transistor 11 est dans l'état désactivé tandis que le transistor 50 est dans l'état activé. Par conséquent, les transistors 10 et 41 sont connectés en parallèle et le courant électrique qui circule au travers de la totalité du circuit devient le courant I de la source de courant originale du circuit miroir de courant. En tant que résultat, la consommation de puissance lorsqu'aucun courant électrique ne circule au travers de la charge 12 devient inférieure à celle dans le circuit représenté sur la figure 5. La figure 7 représente le premier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 7, le courant électrique appliqué pour le transistor 21 qui fait partie d'une source de courant est appliqué par un circuit miroir de courant. Une source de courant originale 61 applique un courant I. La grille d'un transistor 62 simulé en tant que diode dans le circuit miroir de courant et par exemple un drain sont connectés à un côté du commutateur 32. Le côté opposé du commutateur 32 est connecté au point de connexion entre le transistor 21 qui fait partie d'une source de courant et le commutateur 22, c'est- à-dire au noeud N3. Sur la figure 7, les phases des fonctionnements des commutateurs 22 et 32 sont opposées l'une à l'autre. C'est-à-dire que lorsque l'une d'entre elles est activée, I'autre est désactivée. Par conséquent, lorsqu'aucun courant électrique ne circule au travers de la charge 23, la tension du noeud N3 est égale à la tension entre le drain et la source du transistor 62 simulé en tant que diode. En tant que résultat, le transistor 21 qui fait partie d'une source de courant n'est pas désactivé et un courant électrique peut être appliqué pour la charge 23 rapidement et de façon stable même lorsque le commutateur 22 est passé de l'état désactivé à l'état activé de telle sorte qu'un courant électrique peut circuler au travers de la charge 23 à nouveau. En outre, comme décrit par report à la figure 6, le courant électrique destiné à être abandonné dans l'alimentation devient plus faible que dans la technologie classique lorsqu'aucun courant électrique ne circule au travers de la charge 23, ce qui réduit la consommation de puissance. La figure 8 représente la configuration du circuit de génération d'onde triangulaire qui utilise le circuit de commutation de source de courant selon le second mode de réalisation de la présente invention. Un condensateur statique 71 représenté sur la figure 8 correspond à la charge 23 représentée sur la figure 7. Dans les sources de courant des deux circuits miroirs de courant, il est supposé que I représente le courant électrique appliqué par la source de courant originale 61 et que 1' représente le courant électrique appliqué par l'autre source de courant originale 76. Ces valeurs ne sont pas nécessairement différentes l'une de l'autre mais elles peuvent être égales l'une à l'autre pour la génération d'une onde triangulaire. Sur la figure 8, les commutateurs 22 et 75 sont simultanément activés. Tandis que ces deux commutateurs 22 et 75 sont dans l'état activé, les commutateurs 32 et 74 sont dans l'état désactivé. Ces commutateurs sont activés et désactivés conformément au signal de commande généré par une unité de génération de signal de commande 72. Puisqu'un signal de commande est inversé et est appliqué par un inverseur 78 pour les commutateurs 32 et 74, les phases de fonctionnement des commutateurs 22 et 75 présentent une relation qui est l'inverse de celles des commutateurs 32 et 74. Le fonctionnement du circuit de génération d'onde triangulaire représenté sur la figure 8 est décrit par report à la figure 9. La figure 9 représente une variation de la tension de borne du noeud N4 représenté sur la figure 8, c'est-à-dire du condensateur statique 71. Sur la figure 8, on suppose que les commutateurs 22 et 75 sont dans l'état désactivé tandis que les commutateurs 32 et 74 sont dans l'état activé. Dans ces états, un transistor 73 sur le côté d'alimentation fonctionne en tant que source de courant et un courant électrique est appliqué au travers du commutateur 74. En tant que résultat, une capacité statique 25 est chargée et sa tension de borne croît linéairement. Lorsque, par exemple, une valeur maximum prédéterminée est atteinte, I'unité de génération de signal de commande 72 génère un signal de commande de telle sorte que les commutateurs 32 et 74 soient désactivés tandis que les commutateurs 22 et 75 sont activés et ainsi, les établissements dans les états activé et désactivé d'un commutateur sont modifiés. En tant que résultat, le transistor 21 devient effectif en tant que source de courant du condensateur statique 71 qui est une charge. Lorsque le transistor 21 a pour effet qu'un courant électrique circule depuis le noeud N4 jusqu'à par exemple le côté de masse, le condensateur statique 71 est déchargé et sa tension de borne chute linéairement. Lorsque la tension de borne du condensateur statique 71 atteint une valeur minimum prédéterminée, l'unité de génération de signal de commande 72 génère un signal de commande qui est tel que les commutateurs 22 et 75 sont désactivés tandis que les commutateurs 32 et 74 sont activés. Par conséquent, un courant électrique est appliqué pour le condensateur statique 71 depuis le transistor 73 au travers du commutateur 74 et le condensateur statique 71 commence à se charger. En répétant les processus décrits ci-avant, une onde triangulaire est générée. Sur la figure 9, le commutateur 32 est activé tandis que le commutateur 22 est désactivé. De façon similaire, sur le côté de l'alimentation, le commutateur 75 est activé tandis que le commutateur 74 est désactivé. En tant que résultat, les transistors 21 et 73 qui font partie de sources de courant utilisées lors de la charge et de la décharge de la capacité statique 25 ne sont pas désactives mais ils poursuivent leur fonctionnement dans la zone de saturation lorsqu'aucun courant électrique ne circule au travers de la charge. La consommation de puissance peut être inférieure à celle dans le cas de la technologie classique pour la raison décrite ci-avant par report à la figure 6. Les lignes en pointillés représentées sur la figure 9 représentent un exemple de la forme d'onde générée lorsque la technologie classique représentée sur la figure 1 est utilisée dans un circuit de génération d'onde triangulaire. Selon cet exemple, la forme d'onde générée de la technologie classique est décrite en utilisant les numéros d'unité utilisés pour le circuit représenté sur la figure 8. Dans cet exemple, la tension croît soudainement lorsque le commutateur 22 est passé de l'état désactivé à l'état activé et que le commutateur 74 est passé de l'état activé à l'état désactivé, c'est-à- dire lorsque la tension de borne du condensateur statique 71 atteint la valeur maximum. Cependant, il s'agit d'un exemple. C'est-à-dire que la tension ne croît pas nécessairement lors d'un changement d'état des commutateurs. Le changement dépend d'une faible différence temporelle etc... entre les opérations d'activation/désactivation des commutateurs 22 et 74. Par exemple, même si le commutateur 74 est désactivé avant que le commutateur 22 ne soit activé, le transistor 21 est coupé conformément à la technologie classique et le noeud N5 fonctionne avec une tension d'alimentation. Par conséquent, la tension du noeud N4 suit temporairement le côté d'alimentation, d'o la génération d'une croissance de la tension. La croissance est générée par la charge et la décharge de la capacité parasite entre le drain et la grille d'un transistor bien que l'explication détaillée en soit omise ici. De toute façon, la tension de borne du condensateur statique 71 chute depuis la tension qui a crû. Par conséquent, le cycle de l'onde triangulaire est plus long en équivalent. Par ailleurs, lorsque le circuit de commutation de source de courant selon la présente invention est utilisé, les opérations sont réalisées dans la zone de saturation même lorsque les transistors 73 et 21 qui forment une partie des sources de courant ne permettent à aucun courant de circuler au travers d'une charge. Par conséquent, il y a une faible charge et une faible décharge au niveau de la capacité de jonction, ce qui fait qu'il n'y a pas de croissance de tension lorsque les commutateurs changent d'état. En tant que résultat, une commutation rapide et stable peut être réalisée. En outre, il s'ensuit que le cycle n'est pas aussi long que dans la technologie classique. En tant que résultat, la valeur du courant électrique de la source de courant dont le cycle dépend et la valeur de la capacité statique peuvent être établies de manière à être faibles. Par conséquent, l'aire d'implantation dans un LSI peut être établie de manière à être plus petite. Par conséquent, la consommation de puissance peut être réduite. La figure 10 représente la configuration du circuit de génération d'onde triangulaire (2) qui utilise le circuit de commutation de source de courant selon le troisième mode de réalisation de la présente invention. Le circuit représenté sur la figure 10 établit la valeur de la tension destinée à être appliquée pour le noeud N3 lorsqu'aucun courant électrique ne circule au travers de la charge 23 sur la figure 4 de telle sorte que le tension peut maintenir la valeur en fonction de la tension du noeud N4 lorsqu'un courant électrique circule au travers de la charge 23. Sur la figure 10, I'unité également représentée sur la figure 8 se voit assigner le même numéro d'unité (le transistor 21, le condensateur statique 71, les commutateurs 22 et 74). Sur la figure 10, les commutateurs 22, 82 et 86 sont simultanément établis à l'état activé. Tandis que ces commutateurs sont établis à l'état activé, les commutateurs 74, 83 et 87 sont simultanément établis à l'état désactivé. Un condensateur statique 81 est utilisé pour obtenir sensiblement la même tension qu'avec le condensateur statique 71. Par conséquent, un transistor 85 doit être identique au transistor 73, un transistor 84 doit être identique au transistor 21 et la valeur du condensateur statique 81 doit être égale à la valeur du condensateur statique 71. Tandis que les commutateurs 74, 83 et 87 sont établis à l'état activé, les deux condensateurs statiques 71 et 81 sont chargés comme dans le circuit représenté sur la figure 8 et la tension de borne croit linéairement. Lorsque ces trois commutateurs sont désactivés et que les commutateurs 22, 82 et 81 sont activés, les deux condensateurs statiques 71 et 81 sont déchargés et la tension de borne croît linéairement. Ces opérations sont similaires à celles du circuit représenté sur la figure 8. Dans le circuit représenté sur la figure 8, la tension qui est appliquée sur le noeud N3 tandis que le commutateur 22 est établi à l'état désactivé correspond à la tension au niveau des deux extrémités du transistor 62 simulé en tant que diode dans le circuit miroir de courant. Si l'on considère la variation (y compris la charge/décharge concernant le condensateur parasite) de tension entre le drain et la source du transistor qui forme le commutateur 22, la tension n'est pas dans la réalité égale à la tension de la tension de borne de la charge 23 (le condensateur statique 71), c'est-à-dire la tension du noeud N4. Par ailleurs, dans le circuit représenté sur la figure 10, par exemple, la tension de drain du transistor 21 peut être maintenue de manière à être égale à la tension de borne du condensateur statique 81 en activant le commutateur 83, c'est-à-dire la tension de borne du condensateur statique 71 en tant que charge, ce qui évite ainsi les changements discontinus de la tension de drain lorsque le commutateur 22 est ensuite activé. En outre, comme représenté par report à la figure 8, la consommation de puissance peut être réduite en établissant des valeurs plus faibles du courant électrique de la source de courant dont le cycle dépend et de la capacité statique. Selon les modes de réalisation décrits ci-avant de la présente invention, le CMOS FET est utilisé en tant que transistor. Cependant, le circuit de commutation de source de courant selon la présente invention n'est pas limité au type CMOS mais il peut être réalisé en utilisant un type NMOS ou PMOS. Par exemple, la source de courant peut être conçue en utilisant seulement un transistor bipolaire. Lorsqu'une tension est appliquée sur le transistor qui fait partie d'une source de courant, une source de courant originale du circuit miroir de courant peut être utilisée. Dans certains cas, un élément de tension constante tel qu'une diode Zener etc.. peut être utilisé. La présente invention peut varier dans le cadre des ses buts. Comme décrit ci-avant en détail, selon la présente invention, le transistor qui fait partie d'une source de courant est maintenu en fonctionnement dans la zone de saturation même lorsqu'il n'est pas nécessaire de permettre à un courant électrique de circuler au travers d'une charge. Par conséquent, une commutation rapide peut être réalisée lorsqu'un courant électrique circule au travers de la charge à nouveau, d'o l'obtention d'un courant électrique stable. En outre, la tension destinée à être appliquée sur le drain du transistor peut être établie de manière à être sensiblement égale à la tension de borne de la charge lorsqu'un courant électrique circule au travers de la charge à nouveau, d'o la réalisation d'une commutation stable et rapide. Lorsque le circuit de commutation de source de courant selon la présente invention est appliqué à divers circuits, I'aire d'implantation d'un LSI peut être rendue plus petite ou la consommation de puissance peut être réduite. En tant que résultat, la présente invention peut contribuer fortement à l'amélioration de la performance du LSI. REVENDICATIONS 1. Circuit de commutation de source de courant comportant un transistor (21) qui fait partie d'une source de courant et un commutateur (22) pour commander l'application d'un courant électrique depuis ledit transistor sur une charge (23), caractérisé en ce qu'il comprend: une unité de génération de tension (31; 61, 62) pour générer une tension qui présente une certaine valeur dans un état de fonctionnement en tant que source de courant dudit transistor; et une unité d'application de tension (24) pour appliquer une tension générée par ladite unité de génération de tension sur ledit transistor lorsqu'aucun courant électrique n'est appliqué depuis ledit commutateur sur la charge. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que: ladite source de courant (21) est établie sur un côté de miroir dans un circuit miroir de courant; ladite unité de génération de tension comprend un transistor simulé en tant que diode (62) dans ledit circuit miroir de courant et une source de courant originale (61) dudit circuit miroir de courant; et ladite unité d'application de tension applique une tension au niveau d'un point de connexion entre ledit transistor simulé en tant que diode (62) dans ledit circuit miroir de courant et ladite source de courant originale (61) dudit circuit miroir de courant sur ledit transistor qui fait partie de ladite source de courant (21). 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de génération de tension (61, 62) génère une tension de borne destinée à être appliquée sur ledit transistor qui fait partie de ladite source de courant (21) lorsqu'un courant électrique est ensuite appliqué pour la charge lorsqu'aucun courant électrique n'est appliqué depuis le commutateur (22) sur la charge (23). 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lorsque ladite tension de borne destinée à être appliquée sur la charge (23) varie en fonction du temps, ladite unité de génération de tension (61, 62) génère une tension variable en synchronisation avec ladite tension de borne.