Brevet FR2821442A1 — publié le 20020830

SOURCE DE COURANT A FAIBLE TENSION D'ALIMENTATION ET DONT LE COURANT VARIE EN SENS INVERSE DE CELUI DE LA TENSION D'ALIMENTATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à une source de courant susceptible d'être alimentée à partir d'une faible tension d'alimentation. Ce type de source de courant est utilisé pour polariser des circuits intégrés qui sont destinés à fonctionner avec de faibles tensions d'alimentation, ces circuits étant notamment destinés à des appareils portables. La tendance est de réduire la consommation électrique des circuits intégrés et d'utiliser au mieux l'énergie disponible. On cherche aussi que ces circuits aient des caractéristiques qui varient peu avec la tension d'alimentation. C'est le cas notamment des amplificateurs dont le gain doit être le plus constant possible. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La figure 1 montre le schéma électrique d'un exemple de source de courant destinée à ce type d'application. Elle est réalisée en technologie bipolaire et est dite en 6VBE/R. Dans la suite de la description, une tension notée VBE représente une tension base-émetteur, une tension notée VCE une tension collecteur-émetteur. Elle est branchée entre deux bornes d'alimentation, l'une 20 portée à un potentiel Vcc haut et l'autre 21 portée à un potentiel Vee bas généralement la masse. Elle comporte un coeur C et un miroir de courant M couplés ensemble et montés entre les deux bornes 20,21 d'alimentation. Le miroir de courant M comporte un transistor pilote Q3 et au moins un transistor de recopie Q4. Il est relié à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc. Le coeur C comporte deux transistors Q1, Q2 montés en miroir de courant et une résistance de fixation du courant R. Il est relié à la borne d'alimentation 21 portée au potentiel Vee. Le transistor Q2 est le transistor pilote du miroir du c (nur et le transistor Q1 est un transistor de recopie. Le transistor de recopie Q1 est connecté en série avec la résistance R. La résistance R est montée entre la borne d'alimentation 21 et l'émetteur du transistor de recopie Q1. Le transistor de recopie Q1 du c. aur C relié au transistor pilote Q3 du miroir M et la résistance R forment une première branche 22 montée entre les deux bornes d'alimentation 20,21. De la même manière, le transistor pilote Q2 du coeur C relié au transistor de recopie Q4 forment une deuxième branche 23 montée entre les deux bornes d'alimentation 20,21. Le miroir comporte de plus un transistor de sortie Q5 qui rend accessible le courant de sortie de la source Ic (Q5) au niveau de son. collecteur. Ce transistor de sortie Q5 est monté en transistor de recopie du miroir M. Le collecteur du transistor Q5 est destiné à être connecté à un circuit utilisateur non représenté. La tension d'alimentation minimum pour faire démarrer la source de courant est telle que : dans la branche 23 : Vccmin = VCEsat (Q4) + VBE (Q2) dans la branche 22 : VCCmin = VBE(Q3) + VcEsat (Q1) + RI I est le courant circulant dans la résistance R, le terme RI est négligeable. Il vient : VCCmin = VCEsat + VASE. Cette tension Vccmin est de l'ordre d'un volt avec des transistors bipolaires. Le courant I circulant dans la branche 22 est au premier ordre tel que : I = AVBE/R avec AVBE = VBE (Q2)-VBE (Q1) Le courant de sortie disponible au niveau du collecteur du transistor de sortie Q5 s'exprime, en tenant compte de l'effet Early, par : IC (Q5) = Ix (1+ (VCE (Q5) /VEA (Q5)))/ (1+ (VBE (Q3)/VEA (Q3) )) avec VEA (Q5), VEA (Q3) tensions d'Early des transistors Q5 et Q3 respectivement. Les tensions d'Early des transistors Q5 et Q3 sont égales, les deux transistors étant de même type. Le courant Ic (Q5) de sortie de la source ne varie que de quelques pour cents par volt et il varie dans le même sens que la tension d'alimentation assimilée à Vcc. Pour être rigoureux la tension d'alimentation est la différence entre Vcc et Vee mais on a supposé que Vee était la masse. Or certains circuits à polariser avec la source possèdent en sortie un courant qui varie dans le même sens que la tension d'alimentation. Le courant en sortie croît avec la tension d'alimentation. Le fait de les polariser avec une source de courant dont le courant de sortie croit également avec la tension d'alimentation ne fait qu'augmenter davantage leur courant de sortie. Il serait plus avantageux de ne pas accroître cette augmentation. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de proposer une source de courant à faible tension d'alimentation, qui reste peu sensible aux variations de la tension d'alimentation et qui ne présente pas les inconvénients de la source de courant de la figure 1. Un but de l'invention est de proposer une source de courant dont le courant de sortie varie en sens inverse de celui de la tension d'alimentation. Pour y parvenir la présente invention propose une source de courant comportant un miroir de courant et un coeur, couplés l'un à l'autre, qui forment plusieurs branches à connecter entre deux bornes d'alimentation. Le miroir comporte un transistor pilote et au moins un transistor de recopie. Le coeur comporte plusieurs transistors dont deux dans un montage croisé symétrique et une résistance de fixation du courant. Le premier transistor croisé, la résistance à laquelle il est relié et le premier transistor de recopie auquel il est relié forment la première branche, le second transistor croisé et un deuxième transistor de recopie reliés forment la deuxième branche, un troisième transistor du coeur et le transistor pilote forment la troisième branche. Le premier transistor croisé et le troisième transistor du coeur sont reliés à la deuxième branche entre le second transistor croisé et le deuxième transistor de recopie. Le second transistor croisé est relié à la première branche entre le premier transistor croisé et le premier transistor de recopie. Un transistor de sortie rend accessible le courant de sortie de la source, ce transistor étant un transistor de recopie supplémentaire du miroir, ce transistor étant hors branche. Les transistors du coeur sont bipolaires et de même type. La base du premier transistor croisé est reliée au collecteur du second transistor croisé et la base du'second transistor croisé est reliée au collecteur du premier transistor croisé. Les transistors de miroir sont de même type bipolaires ou MOS. Pour compenser les effets Early des transistors de recopie, le second transistor croisé et le troisième transistor du coeur présentent la même surface d'émetteur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit illustrée par les figures annexées. La figure 1, déjà décrite, est un schéma électrique d'une source de courant de type connu. La figure 2 est un schéma électrique d'un exemple d'une source de courant selon l'invention. La figure 3 est un schéma électrique d'un autre exemple d'une source de courant selon l'invention. La figure 4 est un diagramme illustrant les variations du courant de la source de courant de la figure 2 en fonction de la tension d'alimentation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère à la figure 2 qui montre un schéma électrique d'un exemple de source de courant selon l'invention. Cette source est réalisée en technologie bipolaire. On retrouve comme sur la figure 1, les deux bornes d'alimentation 20,21 l'une portée à un potentiel haut Vcc et l'autre portée à un potentiel bas Vee généralement la masse. Lorsqu'on va parler de tension d'alimentation, il s'agit de la différence entre les deux potentiels Vcc et Vee que l'on peut assimiler à Vcc puisqu'on suppose que le potentiel Vee est la masse. Cette source de courant est dite croisée, elle comporte plusieurs branches 24,25, 26 montées entre les deux bornes d'alimentation 20,21. Comme dans l'art antérieur la source de courant possède un coeur C1 et un miroir Mi, ce coeur C1 et ce miroir Mi sont couplés l'un à l'autre. On va les détailler pour pouvoir faire ressortir les différences par rapport à l'art antérieur. Le miroir Mi est connecté à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc- Il comporte un transistor pilote T6 et au moins deux transistors de recopie T4, T5 qui appartiennent à des branches différentes. Le miroir comporte de plus un transistor de sortie T7 rendant accessible le courant de polarisation de la source vers l'extérieur au niveau de son collecteur. Ce transistor T7 est un transistor de recopie pour le miroir Mi et il est hors des branches précédemment décrites. Dans l'exemple les transistors T4, T5, T6, T7 sont des transistors bipolaires de type PNP. Le coeur C1 est connecté à la borne d'alimentation 21 portée au potentiel Vee. Il comporte trois transistors Tl, T2, T3 et une résistance de fixation du courant R1. Chacun des transistors appartient à une branche différente. Parmi les trois transistors Tl, T2, T3, deux Tl, T2 sont reliés en un montage croisé symétrique. L'un des transistors croisés Tl est monté en série avec la résistance R1. Dans l'exemple les transistors Tl, T2, T3 sont des transistors bipolaires de type NPN. Dans la première branche 24, on trouve depuis la borne d'alimentation 20 portée au potentiel vcc, le premier transistor de recopie T4, le premier transistor croisé Tl et la résistance de recopie Ri. Le premier transistor croisé Tl est relié à la deuxième branche 25 en un noeud A situé entre le deuxième transistor de recopie T5 et le second transistor croisé T2. Le premier transistor de recopie T4 a son émetteur relié à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, sa base reliée à la base du transistor pilote T6 et son collecteur relié au collecteur du premier transistor croisé Tl. Le premier transistor croisé Tl a sa base reliée au collecteur du second transistor croisé T2 et son émetteur relié à une extrémité de la résistance RI. L'autre extrémité de la résistance R1 est reliée à la borne d'alimentation 21 portée au potentiel Vee. Dans la deuxième branche 25, on trouve depuis la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, le deuxième transistor de recopie T5 et le second transistor croisé T2. Le second transistor croisé T2 est relié à la première branche 24 entre le premier transistor de recopie T4 et le premier transistor croisé Tl. Le deuxième transistor de recopie T5 a son émetteur relié à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, sa base reliée à la base du transistor pilote T6 et son collecteur relié au collecteur du second transistor croisé T2. Le second transistor croisé T2 a son émetteur relié à la borne d'alimentation portée au potentiel Vee, son collecteur est relié à la base du premier transistor croisé Tl et sa base est reliée au collecteur du premier transistor croisé Tl. Dans la troisième branche 26, on trouve depuis la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, le transistor de recopie T6 et le troisième transistor T3 du coeur Cl. Le troisième transistor T3 du coeur est relié à la deuxième branche 25 au niveau du noeud A entre le deuxième transistor de recopie T5 et le second transistor croisé T2. Le transistor pilote T6 a son émetteur relié à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, son collecteur relié d'une part au collecteur du troisième transistor T3 du coeur C1 et à sa base. Il est monté en diode. Le transistor de sortie T7 a son émetteur relié à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, sa base reliée à la base du transistor pilote T6 et son collecteur est destiné à être relié à un dispositif utilisateur (non représenté). On va montrer maintenant que cette source de courant fonctionne avec une faible tension d'alimentation. La tension minimum Vccmin assurant le démarrage de la source est donnée par : pour la branche 26 : Vccmin = VcEsat (T3) + VBE (T6) pour la branche 25 : Vccmin = VcEsat (T5) + VBE (T3) pour la branche 24 : Vccmin = VcEsat (T4) + VBE (T2) soi : VCCmin = VCEsat + VBE Cette tension est de l'ordre d'un volt pour des transistors bipolaires. On va voir maintenant les équations en courant de la source. Soit Il le courant qui circule dans la première branche 24, celle qui contient la résistance R1 de fixation du courant. Il s'exprime par : 11-1. x'CC'EEA 1 + VBE (T6) IVEA (T6) 1 + VBE (T6)/VEA (T6) Io est le courant qui circule dans la troisième branche 26 dans laquelle se trouve le transistor pilote T6 du miroir de courant Mi. VEA (T4), et VEA (T6) sont les tensions d'Early des transistors T4, T6 respectivement. Ces tensions d'Early sont égales car les transistors T4, T6 sont de même type. Soit A = 1+ (Vcc-VBE (T2))/VEA (T4) Soit B = 1+ VBE (T6)/VEA (T6) L'expression A varie dans le même sens que Vcc tandis que l'expression B est indépendante de Vcc. Le courant Il dans première branche 24 peut aussi s'exprimer par : Il = (VBE (T3)-VBE (T1))/R1 En prenant en compte les effets Early des transistors T3 et Tl, on obtient : Il = (VT/Rl) xln ( (Io/s2xIsxC) x (slxIsxD/Il)) Avec VT tension thermique, s2 surface d'émetteur des transistors T2 et T3, Is courant de saturation des transistors Tl et T3, sl surface d'émetteur du transistor Tl. Les deux transistors Tl et T3 présentent des surfaces d'émetteur différentes. Pour compenser les effets Early des premier et deuxième transistors de recopie T4 et T5, il est préférable que le second transistor croisé T2 et le troisième transistor du coeur T3 aient la même surface d'émetteur s2. Pour satisfaire l'équation de la source, les deux surfaces si et s2 sont différentes. L'expression C traduit l'effet Early du transistor T3 et l'expression D traduit l'effet Early du transistor Tl. Ces expressions sont telles que : C= 1 + (VCE (T3)/VEA (T3) ) C= 1 + ( (VCC -VBE(T6))/VEA (T3)) L'expression C varie dans le même sens que Vcc. D= 1 + (VCE (Tl)/VEA (Tl)) D= 1 + ( (VBE (T2)-RlxIl)/VEA (Tl)) L'expression D est indépendante de Vcc. VEA (T1) et VEA (T3) sont les tensions d'Early des transistors Tl et T3, elles sont égales car les transistors sont de même type. En remplaçant Io et Il par les valeurs indiquées plus haut, on obtient : Il== (VT/Rl) xln ( (sl/s2) (D/C) (B/A)) Puisque les expressions C et A sont au dénominateur, le courant Il et la tension d'alimentation Vcc varient en sens inverses. Si maintenant on exprime le courant Ic (T7) de sortie de la source, en tenant compte des effets Early des transistors T7, T6 on obtient : Ic (T7) =Iox (1+ (VCE (T7)/VEA (T7)))/B Soit l'expression E = 1+(VCE(T7)/VEA(T7)), l'expression E varie dans le même sens que Vcc. Ic (T7) =I1 (B/A) x (E/B) Ic (T7) = (VT/R1) (E/A) xln ( (sl/s2) (D/C) (B/A)) Le rapport E/A est sensiblement indépendant de Vcc tandis que l'expression (D/C) (B/A) et Vcc varient en sens inverses. Le courant Ic (T7) et Vcc varient en sens inverse. En se référant à la figure 4, on peut observer l'évolution du courant Ic (T7) en fonction de Vcc. Lorsque Vcc varie sur la plage de tensions 1 Volt- 5,5 volts, le courant Ic (T7) passe de-12 microampères à-9 microampères. Ces essais ont été faits en prenant des transistors dont les tensions d'Early sont de 62 Volts pour les transistors PNP et de 75 Volts pour les transistors NPN. Le démarrage de la source se fait aux environs de 1 Volt et les variations de Ic (T7) sont d'environ-7%/V, ce qui est satisfaisant. Au lieu de réaliser la source de courant selon l'invention tout en technologie bipolaire, il est possible de remplacer les transistors bipolaires du miroir par des transistors MOS Cette variante est représentée à la figure 3. Les branchements sont comparables à ceux de la figure 2. On trouve un transistor pilote M6, un premier et un deuxième transistor de recopie M4 et M5 respectivement et un transistor de sortie M7. Le premier transistor de recopie M4 a sa source reliée à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, sa grille reliée à la grille du transistor pilote M6 et son drain relié au collecteur du premier transistor croisé Tl. Le deuxième transistor de recopie M5 a sa source reliée à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, sa grille reliée à la grille du transistor pilote M6 et son drain relié au collecteur du second transistor croisé T2. Le transistor pilote M6 a sa source reliée à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, son drain relié d'une part au collecteur du troisième transistor T3 du c ur CI et d'autre part à sa grille. Il est monté en diode. Le transistor de sortie M7 a sa source reliée à la borne d'alimentation 20 portée au potentiel Vcc, sa grille reliée à la grille du transistor pilote M6 et son drain est destiné à être relié à un dispositif utilisateur (non représenté). Tous les transistors représentés pourraient être remplacés par leurs complémentaires en inversant les bornes d'alimentation. Les émetteurs des transistors qui étaient reliés à la borne d'alimentation portée au potentiel Vee seraient maintenant reliés à la borne d'alimentation portée au potentiel Vcc. Les émetteurs ou les sources des transistors qui étaient reliés à la borne d'alimentation portée au potentiel Vcc seraient maintenant reliés à la borne d'alimentation portée au potentiel Vee. Quant à la résistance RI au lieu d'être reliée à la borne d'alimentation portée au potentiel Vee, elle serait reliée à la borne d'alimentation portée au potentiel Vcc. Le sens du courant au niveau du dispositif utilisateur serait inversé. REVENDICATIONS 1. Source de courant comportant un miroir de courant (Mi) et un coeur (Cl), couplés l'un à l'autre, qui forment plusieurs branches (24,25, 26) à connecter entre deux bornes d'alimentation (20,21), le miroir (Mi) comportant un transistor pilote (T6) et au moins un transistor de recopie (T4, T5), le coeur (Cl) comportant plusieurs transistors (Tl, T2, T3) et une résistance (Rl) de fixation du courant, caractérisée en ce que le coeur (Cl) comporte deux transistors (Tl, T2) dans un montage croisé symétrique, le premier transistor croisé (Tl), la résistance (Rl) à laquelle il est relié et le premier transistor de recopie (T4) auquel il est relié forment la première branche (24), le second transistor croisé (T2) et un deuxième transistor de recopie (T5) reliés forment la deuxième branche (25), un troisième transistor (T3) du coeur et le transistor pilote (T6) forment la troisième branche (26), le premier transistor croisé (Tl) et le troisième transistor (T3) du coeur étant reliés à la deuxième branche (26) entre le second transistor croisé (T2) et le deuxième transistor de recopie (T5), le second transistor croisé (T2) étant relié à la première branche (24) entre le premier transistor croisé (Tl) et le premier transistor de recopie (T4). 2. Source de courant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un transistor de sortie (T7) rend accessible le courant de sortie de la source, ce transistor (T7) étant un transistor de recopie supplémentaire du miroir (Mi), ce transistor (T7) étant hors branche. 3. Source de courant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les transistors (Tl, T2, T3) du coeur (Cl) sont bipolaires et de même type. 4. Source de courant selon la revendication 3, caractérisée en ce que la base du premier transistor croisé (Tl) est reliée au collecteur du second transistor croisé (T2) et la base du second transistor croisé (T2) est reliée au collecteur du premier transistor croisé (Tl). 5. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les transistors (T4, T5, T6, T7) de miroir sont de même type bipolaires ou MOS. 6. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le second transistor croisé (T2) et le troisième transistor (T3) du coeur présentent la même surface (s2) d'émetteur.