Brevet FR2817408A1 — publié le 20020531

ENSEMBLE C'OMMANDABLE DE SOURCES DE COURANT La présente invention concerne un ensemble commandable de sources de courant, et en particulier un tel ensemble commandable de sources de courant commandant un amplificateur dont le gain varie de manière exponentielle en réponse à une tension de commande analogique. Un tel amplificateur est réalisable sous forme de circuit intégré et est par exemple utilisé comme amplificateur à balayage de gain dans un équipement de téléphonie mobile. La figure 1 représente schématiquement un amplificateur classique dont le gain varie exponentiellement en réponse à une tension de commande analogique. Un tel amplificateur est décrit dans le brevet US-A-5077541. L'amplificateur comprend une borne d'entrée E recevant un potentiel d'entrée vin variable positif. L'amplificateur comprend en outre deux bornes de commande A et B recevant une tension de commande VAB, et une borne de sortie produisant un potentiel de sortie Vout. L'amplificateur comprend un bloc atténuateur 2. Le bloc atténuateur 2 a une borne d'entrée reliée à la borne E, et n bornes de sortie ai (i étant compris entre 1 et n). Chaque borne de sortie Oi du bloc 2 produit un potentiel de commande égal au potentiel d'entrée Vin atténué selon un rapport prédéterminé, par exemple 21 dans le cas d'un atténuateur R/2R. Chaque borne de sortie Oi du bloc 2 est asso- ciée à un élément transconducteur gmi commandable en courant. Chaque élément transconducteur gmi reçoit en entrée le potentiel produit par la borne ai de même rang i. Un bloc de sortie 4, relié à un potentiel d'alimentation VDD, produit le potentiel Vout en réponse à la somme des courants fournis par les éléments transconducteurs gmi. Le bloc de sortie 4 est également connecté pour fournir un signal de contre réaction aux éléments transconducteurs gmi. Un ensemble commandable de sources de courant 6 comporte des sorties Si, chaque sortie Si étant connectée de manière à commander la transconductance de l'élément transconducteur gmi de même rang i. Les bornes de commande A et B sont reliées à l'ensemble commandable de sources de courant 6. La figure 2 représente schématiquement un ensemble commandable de sources de courant 6 classique, également décrit dans le brevet US-A-5077541. Chaque borne de sortie Si est reliée au collecteur d'un transistor bipolaire de type NPN, Tli. Les émetteurs des transistors Tli sont reliés les uns aux autres et à la masse (GND) par l'intermédiaire d'une source de courant constant CS1. La base de chaque transistor Tli est reliée à un noeud Ni d'un moyen de commande 8. Dans le moyen de commande 8 : le premier noeud Ni est couplé à la borne A le dernier noeud Nn est couplé à la borne B chaque noeud Nj (j étant compris entre 1 et n-1) est relié au noeud Nj+l par l'intermédiaire d'une résistance 10 ; et chaque noeud Nj (j étant compris entre 2 et n-1) est relié à une première borne d'une source de courant constant 12 propre à ce noeud. La figure 3 illustre de manière simplifiée l'évolution du gain de l'amplificateur de la figure 1 lorsque les éléments transconducteurs gmi successifs sont activés. Dans l'exemple représenté, on considère que n = 6. Si l'on active successivement et séparément chacun des éléments transconducteurs gm6 à gml, le bloc de sortie 4 reçoit un courant successivement proportionnel à une atténuation de rapport 26, 25, 24, 23, 22 et 21 du potentiel vin. Le gain de l'amplificateur varie ainsi exponentiellement. L'activation en tout-ou-rien des éléments transconducteurs gmi donne lieu à des variations brusques du gain, selon une courbe en escalier telle que la courbe représentée en traits pleins. L'ensemble de sources de courant 6 est prévu pour supprimer ces brusques variations de gain et fournir la variation de gain illustrée en pointillés en figure 3. La figure 4 illustre schématiquement les courants de commande Ii respectivement produits par les bornes de sortie Si de l'ensemble de sources de courant 6. Le moyen de commande 8 est prévu, lorsque la tension de commande VAB décrit une plage de tension prédéterminée, pour rendre successivement chaque transistor Tli progressivement conducteur puis progressivement non conducteur tout en faisant que la somme des courants Ii traversant les transistors Tli reste sensiblement constante. On considère par la suite que le moyen de commande 8 est prévu pour que deux transistors Tli au maximum soient conducteurs à la fois. On considère que la plage de tension prédéterminée précédente est comprise entre une tension minimale-Vmax (VA = 0 et VB = Vmax), et une tension maximale +Vmax (VA = Vmax et VB = 0). Lorsque la tension VAB est minimale, les potentiels des noeuds Ni sont tels que seul le transistor T16 est conducteur. Le transistor T16 est alors traversé par un courant maximal de valeur Imax. Lorsque la tension VAB croît linéairement, le potentiel des noeuds N6, N5 évolue de façon que le transistor T16 est progressivement bloqué tandis que le transistor T15 devient progressivement conducteur. Les autres transistors Tli sont bloqués. Lorsque le transistor T15 devient complètement conducteur, il est traversé par un courant maximal de valeur Imax et le transistor T16 est bloqué. Lorsque la tension VAB continue de croître jusqu'à la valeur +Vmax, le transistor T15 est progressivement bloqué tandis que le transistor T14 est progressivement rendu conducteur, et ainsi de suite jusqu'à ce que seul le transistor TU soit conducteur et traversé par le courant Imax. Cependant, les sources de courant 12 du moyen de commande 8 fournissent en permanence un courant dans les bases des transistors Tli de l'ensemble de sources de courant 6. L'existence de ces courants de base rend la réalisation du moyen de commande 8 délicate, notamment pour la détermination des valeurs des résistances 10 et des sources de courant 12. De plus, ces courants de base dépendent notamment du processus de fabrication et de la température de fonctionnement. Ceci entraîne qu'une même tension de commande VAB n'aura pas le même effet sur les sources de courant 6 pour deux températures de fonctionnement différentes. Un amplificateur à gain variable complètement différentiel recevant un signal différentiel d'entrée et produisant un signal différentiel de sortie est classiquement réalisé au moyen de deux amplificateurs identiques. Un premier amplificateur reçoit un potentiel vin et produit en réponse un potentiel Vout, et le second amplificateur reçoit un potentiel Vin'et produit en réponse un potentiel Vout'. Les deux amplificateurs doivent être identiques pour que le signal de sortie ne soit pas distordu. Il est notamment important que les sources de courant 6 commandant chaque amplificateur soient identiques et produisent des courants de commande identiques pour une même tension de commande VAB. Or, il est difficile de réaliser deux sources de courant 6 appariées. En particulier lorsque l'amplificateur est réalisé sous forme de circuit intégré, les deux ensembles de transistors Tli peuvent être éloignés l'un de l'autre, et il est difficile de réaliser deux ensembles de transistors Tli ayant les mêmes propriétés. En outre, la structure de l'ensemble de sources de courant 6 est telle que ses bornes de sortie Si présentent inévitablement un potentiel de fonctionnement élevé (par exemple supérieur à 2,2 V), en raison notamment du fait qu'il faut prévoir un potentiel de fonctionnement élevé (2,5 V) sur les noeuds de commande A et B du moyen 8. Il résulte de cette contrainte et de l'existence des autres circuits constitutifs de l'amplifica- teur de la figure 1 qu'un tel amplificateur doit être alimenté sous une tension élevée, généralement 5 V. De nombreux équipements électroniques ont une tension d'alimentation inférieure à 3 V, notamment les équipements de téléphonie mobile, et il est souhaitable de disposer d'un amplificateur à gain variable qui peut être alimenté par une tension inférieure à 3 V. Un objet de la présente invention est de prévoir un amplificateur à gain variable ayant les mêmes fonctions que l'amplificateur de la figure 1 et qui peut être alimenté par une tension inférieure à 3 V. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel ensemble de sources de courant comprenant un moyen de commande simple à réaliser. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel ensemble de sources de courant dont la réponse à la tension de commande ne dépend pas de la température. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel ensemble de sources de courant qui puisse fournir des couples de courants de commande appariés. Pour atteindre ces objets, ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un ensemble commandable de sources de courant comportant plusieurs premières bornes de sortie, un premier transistor associé à chaque première borne de sortie, le courant sur chaque première borne de sortie dépendant du courant traversant le premier transistor, et un moyen de commande prévu pour, en réponse à une variation prédéterminée d'une tension de commande, rendre successivement chaque premier transistor progressivement conducteur puis progressivement non conducteur, dans lequel les premiers transistors sont des transistors MOS, et dans lequel chaque première borne de sortie est associée à un miroir de courant formé de transistors MOS, ledit miroir de courant fournissant à la première borne de sortie un courant dépendant du courant traversant le premier transistor. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le miroir de courant associé à chaque première borne de sortie comprend un deuxième transistor connecté en série avec le premier transistor associé à la première borne de sortie, et un troisième transistor connecté en miroir de courant avec le deuxième tran- sistor, le troisième transistor étant également connecté de manière que le courant fourni par la première borne de sortie est égal au courant traversant le troisième transistor. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier transistor est un transistor à canal P dont la source est reliée à un premier potentiel d'alimentation par l'intermé- diaire d'une source de courant constant et dont la grille est reliée à un noeud du moyen de commande, le deuxième transistor est un transistor à canal N dont la source est reliée à un second potentiel d'alimentation, dont la grille est reliée au drain et dont le drain est relié au drain du premier transistor, le troisième transistor est un transistor à canal N dont la source est reliée au second potentiel d'alimentation, dont la grille est reliée à la grille du deuxième transistor et dont le drain est relié à la première borne de sortie. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble de sources de courant comprend pour chacun des miroirs de courant un quatrième transistor identique au troisième transistor, également connecté en miroir de courant avec le deuxième transistor, et une deuxième borne de sortie couplée au quatrième transistor de manière que la deuxième borne de sortie produise un courant égal au courant traversant le quatrième transistor. La présente invention vise également un amplificateur à gain variable comprenant un bloc atténuateur ayant une borne d'entrée recevant un potentiel d'entrée et ayant plusieurs bornes de sortie, plusieurs éléments transconducteurs commandables en courant, chaque élément transconducteur ayant une entrée reliée à une borne de sortie du bloc atténuateur, un ensemble de sources de courant tel que décrit précédemment, chaque première borne de sortie de l'ensemble de sources de courant étant connectée de manière à fournir un courant de commande à un élément transconducteur, et un bloc de sortie fournissant un potentiel de sortie en réponse à la somme des courants fournis par les éléments transconducteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'amplificateur à gain variable comprend un bloc atténuateur différentiel ayant une entrée recevant un signal d'entrée différentiel et ayant plusieurs bornes de sortie différentielles, plusieurs couples d'éléments transconducteurs commandables en courant, chaque couple d'éléments transconducteurs ayant une entrée différentielle reliée à une borne de sortie différentielle du bloc atténuateur, chaque couple d'éléments transconducteurs produisant un couple de courants, un ensemble de sources de courant tel que décrit précédemment, dont les premières et deuxièmes bornes de sortie sont connectées de manière à commander chacune un couple d'éléments transconducteurs, et un bloc de sortie fournissant un signal de sortie différentiel en réponse à la somme des couples de courants fournis par les couples d'éléments transconducteurs. 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 schématiquement un amplificateur à gain variable classique ; la figure 2, précédemment décrite, représente schématiquement un ensemble commandable de sources de courant classique ; La figure 3, précédemment décrite, illustre le fonctionnement de l'amplificateur de la figure 1 ; La figure 4, précédemment décrite, illustre le fonctionnement de l'ensemble de sources de courant de la figure 2 ; La figure 5 représente schématiquement un ensemble commandable de sources de courant selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 6 représente schématiquement un ensemble commandable de sources de courant selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 7 représente un amplificateur à gain variable utilisant l'ensemble de sources de courant de la figure 6. De mêmes références représentent de mêmes éléments dans les différentes figures. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de la présente invention ont été représentés aux figures suivantes. La figure 5 représente schématiquement un ensemble commandable de sources de courant 6'selon la présente invention. L'ensemble de sources de courant 6'comporte n bornes de sortie Si (i étant compris entre 1 et n) et deux bornes de commande A et B. Chaque borne de sortie Si est reliée au drain d'un transistor MOS T3i, à canal N. La source de chaque transistor T3i est reliée à la masse (GND). Chaque transistor T3i est associé à un transistor MOS T2i, à canal N, et à un transistor MOS Tli', à canal P. La source du transistor T2i est reliée à la masse. La grille et le drain du transistor T2i sont reliés l'un à l'autre. La grille du transistor T3i est reliée à la grille du transistor T2i, de manière que le courant traversant le transistor T3i dépend du courant traversant le transistor T2i. Le drain du transistor T2i est relié au drain du transistor Tlil, de manière que ces transistors sont en série. La source du transistor Tli'est reliée à un potentiel d'alimentation VDD'par l'intermédiaire d'une source de courant constant CS1'. La grille du transistor Tli'est reliée à un noeud Ni d'un moyen de commande 8 de même structure que le moyen de commande 8 décrit en relation avec la figure 2. Chaque borne de sortie Si fournit un courant Ii dépendant du courant traversant le transistor Tli', c'est à dire dépendant du potentiel du noeud Ni de même rang i. Le moyen de commande 8 a un fonctionnement semblable au fonctionnement décrit en relation avec la figure 4. Lorsque la tension VAB décrit une plage de tension prédéterminée, le moyen de commande 8 rend successivement chaque transistor Tli progressivement conducteur puis progressivement non conducteur, de manière que la somme des courants Ii traversant les transistors Tli'est sensiblement constante. La fonction de l'ensemble de sources de courant 6'est ainsi la même que celle de l'ensemble de sources de courant 6 précédente. Le potentiel de fonctionnement de chaque borne de sortie Si est fixé uniquement par la tension drain-source du transistor T3i lorsque ce dernier est conducteur, soit sensiblement 0,2V, et est indépendant du potentiel de commande sur les noeuds A, B du moyen 8. Un tel potentiel de fonctionnement permet de commander efficacement les éléments transconducteurs gmi de l'amplificateur de la figure 1 même si ce dernier est alimenté sous 3 V. En outre, les sources de courant 12 du moyen de commande 8 ne fournissent aucun courant aux grilles des transistors Tli', ce qui simplifie grandement la conception du moyen de commande 8 et supprime les problèmes de dépendance en température. La figure 6 représente schématiquement un ensemble de sources de courant 6"selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Chaque transistor T2i, au lieu d'être monté en miroir de courant avec un transistor T3i, est associé à deux transistors de duplication identiques T3i et T3i', respectivement connectés à des bornes de sortie Si et Si'. Il est simple de disposer les transistors T3i et T3i'à proximité les uns des autres dans un circuit intégré. Il est alors simple de réaliser des transistors T3i et T3i'appariés. Ceci permet de réaliser simplement un amplificateur complètement différentiel tel qu'illustré à titre d'exemple en figure 7. La figure 7 représente schématiquement un amplificateur à gain variable destiné à recevoir une tension différentielle Vin-Vin'et à fournir en réponse une tension différentielle Vout-Vout', comprenant un amplificateur 6"tel que décrit en relation avec la figure 6. Le potentiel Vin est fourni à un bloc atténuateur 2 commandant des éléments transconducteurs gmi. Chaque élément transconducteur gmi est commandé en courant par la sortie Si de même rang i de l'ensemble de sources de courant 6". Les courants produits par les éléments transconducteurs gmi sont fournis à un bloc de sortie 4, qui fournit en réponse le poten- tiel Vout. Le bloc de sortie 4 fournit un signal de contreréaction aux éléments transconducteurs gmi. Le potentiel Vin est fourni à un bloc atténuateur 21 identique au bloc 2. Le bloc 21 commande des éléments transconducteurs gmi', chaque élément transconducteur gmi'étant identique à l'élément transconducteur gmi de même rang i. Chaque élément transconducteur gril est commandé en courant par la sortie Si'de même rang i de lensesble de sources de courant 6". Les courants produits par les éléments transconducteurs gril sont fournis à un bloc de sortie 4', identique au bloc 4, qui fournit en réponse le potentiel Vout'. Le bloc de sortie 4'fournit un signal de contre-réaction aux éléments transconducteurs gmi'. Les blocs atténuateurs 2 et 2'forment un bloc atténuateur différentiel recevant le signal différentiel d'entrée vinVin', chaque couple Oi, Oi' formant une borne de sortie différentielle du bloc atténuateur différentiel. Chaque borne de sortie différentielle Oi, Oi'du bloc atténuateur différentiel 1 commande un couple d'éléments transconducteurs gmil gmi'-Les blocs de sortie 4 et 4'forment un bloc de sortie différentiel recevant les courants fournis par les couples d'éléments trans- conducteurs gmi, gril, et produisant en réponse le signal de sortie différentiel Vout-Vout'. Les couples d'éléments transconducteurs gmi, gril sont commandés par les couples de courants de commande appariés Ii, li'produits par l'ensemble de sources de courant 6". La présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme du métier. En particulier, on a décrit les transistors Tli'comme des transistors MOS à canal P, mais l'homme du métier adaptera sans difficultés la présente invention à des transistors Tli'MOS à canal N. En outre, on a décrit l'ensemble de sources de courant selon la présente invention en relation avec un moyen de commande 8 particulier, commandant l'ensemble de sources de courant de manière que la somme des courants fournis par l'ensemble de sources de courant soit sensiblement constante, et que au maximum deux transistors Tli soient conducteurs en même temps, mais l'homme du métier adaptera sans difficultés la présente invention à un moyen de commande 8 différent, par exemple tel que plus de deux transistors Tli soient conducteurs en même temps. En outre, l'ensemble de sources de courant selon la présente invention a été décrit en relation avec la commande d'un amplificateur à gain variable particulier, mais l'homme du métier adaptera sans difficultés la présente invention à la commande d'un autre type d'amplificateur, ou à toute autre application nécessitant l'utilisation d'un tel ensemble de sources de courant, par exemple un potentiomètre électronique. REVENDICATIONS 1. Ensemble commandable de sources de courant (6', 6") comportant : plusieurs premières bornes de sortie (Si), un premier transistor (Tli') associé à chaque première borne de sortie, le courant (Ii) sur chaque première borne de sortie dépendant du courant traversant le premier transistor, et un moyen de commande (8) prévu pour, en réponse à une variation prédéterminée d'une tension de commande (VAB), rendre successivement chaque premier transistor (Tli') progressivement conducteur puis progressivement non conducteur, caractérisé en ce que les premiers transistors sont des transistors MOS, et en ce qu'à chaque première borne de sortie (Si) est associé un miroir de courant formé de transistors MOS (T2i, T3i), ledit miroir de courant fournissant à la première borne de sortie un courant dépendant du courant traversant le premier transistor. 2. Ensemble de sources de courant (6, 6") selon la revendication 1, dans laquelle le miroir de courant associé à chaque première borne de sortie comprend : un deuxième transistor (T2i) connecté en série avec le premier transistor (Tli') associé à la première borne de sortie, et un troisième transistor (T3i) connecté en miroir de courant avec le deuxième transistor (T2i), le troisième transistor étant également connecté de manière que le courant (Ii) fourni par la première borne de sortie est égal au courant traversant le troisième transistor. 3. Ensemble de sources de courant (6', 6") selon la revendication 2, dans lequel : le premier transistor (Tli') est un transistor à canal P dont la source est reliée à un premier potentiel d'alimentation (VDD') par l'intermédiaire d'une source de courant constant (CSD et dont la grille est reliée à un noeud (Ni) du moyen de commande (8), le deuxième transistor (T2i) est un transistor à canal N dont la source est reliée à un second potentiel d'alimentation (GND), dont la grille est reliée au drain et dont le drain est relié au drain du premier transistor, le troisième transistor (T3i) est un transistor à canal N dont la source est reliée au second potentiel d'alimentation (GND), dont la grille est reliée à la grille du deuxième transistor et dont le drain est relié à la première borne de sortie (SI, S2... Sn). 4. Ensemble de sources de courant (6") selon la revendication 2 ou 3, comprenant pour chacun des miroirs de courant un quatrième transistor (T3i') identique au troisième transistor (T3i), également connecté en miroir de courant avec le deuxième transistor (T2i), et comprenant une deuxième borne de sortie (Si') couplée au quatrième transistor de manière que la deuxième borne de sortie produise un courant (Ii') égal au courant traversant le quatrième transistor. 5. Amplificateur à gain variable comprenant : un bloc atténuateur (2) ayant une borne d'entrée (E) recevant un potentiel d'entrée (Vin) et ayant plusieurs bornes de sortie (oui), plusieurs éléments transconducteurs (gmi) commandables en courant, chaque élément transconducteur ayant une entrée reliée à une borne de sortie (oui) du bloc atténuateur (2), un ensemble de sources de courant (6') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, chaque première borne de sortie (Si) de l'ensemble de sources de courant étant connectée de manière à fournir un courant de commande (Ii) à un élément transconducteur (gmi), et un bloc de sortie (4) fournissant un potentiel de sortie (Vout) en réponse à la somme des courants fournis par les éléments transconducteurs. 6. Amplificateur à gain variable comprenant : un bloc atténuateur différentiel (2/2') ayant une entrée recevant un signal d'entrée différentiel (vin-Vin') et ayant plusieurs bornes de sortie différentielles (Oi/Oi'), plusieurs couples d'éléments transconducteurs (gmi/gmi') commandables en courant, chaque couple d'éléments transconducteurs ayant une entrée différentielle reliée à une borne de sortie différentielle (Oi/Oi') du bloc atténuateur (2/2'), chaque couple d'éléments transconducteurs produisant un couple de courants, un ensemble de sources de courant (6li) selon la revendication 4, dont les premières (Si) et deuxièmes (Si') bornes de sortie sont connectées de manière à commander chacune un couple d'éléments transconducteurs (gmi/gmi'), et un bloc de sortie (4, 4') fournissant un signal de sortie différentiel (Vout-Vout') en réponse à la somme des couples de courants fournis par les couples d'éléments transconducteurs.