Brevet FR2835664A1 — publié le 20030808

Procédé de génération d'une rampe de tension aux bornes d'un condensateur, et dispositif électronique correspondant, en particulier pour une alimentation à découpage d'un téléphone mobile cellulaire. L'invention concerne la génération d'une rampe de tension aux bornes d'un condensateur, en particulier pour un bloc de compensation de pente d'une alimentation à découpage. L'invention s'applique avantageusement mais non limitativement aux systèmes portatifs alimentés par batterie, notamment les terminaux distants de systèmes de communication sans fil, par exemple les téléphones mobiles cellulaires. Une alimentation à découpage est constituée, de manière générale, d'un coeur formé d'interrupteurs, d'une inductance et d'un condensateur, et d'une boucle d'asservissement permettant de contrôler le coeur pour obtenir la tension de sortie désirée. Dans le cas d'une alimentation à découpage, dite en mode courant , la boucle d'asservissement contient classiquement un bloc dénommé bloc de compensation de pente . Ce bloc est nécessaire pour maintenir la stabilité de la boucle de régulation pour des rapports cycliques supérieurs à 50%. Ce bloc de compensation de pente est en fait un générateur de courant délivrant une rampe linéaire. Ce bloc est synchronisé sur un signal de commande dont l'espacement entre les fronts est relié au rapport cyclique entre la tension de sortie désirée et la tension d'alimentation. Le bloc de compensation de pente est lui-même constitué de deux éléments principaux : - une source de courant constant chargeant un condensateur (dit condensateur de rampe ) lorsque le signal de commande est par exemple à zéro, ce qui permet d'obtenir une rampe de tension aux bornes du condensateur de rampe. Lorsque le signal de commande est à un, le condensateur de rampe est déchargé et la tension à ses bornes est nulle, - un convertisseur tension/courant qui permet de transformer la rampe de tension aux bornes du condensateur de rampe en un courant. Pour limiter la surface du condensateur de rampe dans le bloc de compensation de pente, on utilise avantageusement un composant ayant une valeur de capacité surfacique importante. Lorsque la tension d'alimentation subit des variations transitoires, on observe une perte de régulation temporaire sur la sortie de l'alimentation à découpage, perte temporaire de régulation qui est une conséquence directe du comportement du bloc de compensation de pente. En effet, lors de variations transitoires sur la tension d'alimentation, et puisque le condensateur de rampe du bloc de compensation de pente est référencé par rapport à cette même tension d'alimentation, il se crée un courant transitoire dans le condensateur qui vient alors s'ajouter ou se soustraire au courant fourni par la source de courant sensée charger le condensateur avec un courant constant. La rampe finale en courant délivrée par le bloc de compensation de pente, est donc augmentée ou diminuée lors de variations transitoires rapides sur la tension d'alimentation, ce qui cause ladite perte temporaire de la régulation en sortie de l'alimentation à découpage. L'invention vise à apporter une solution au problème de la perte temporaire de la régulation de sortie de l'alimentation à découpage. Plus généralement, un but de l'invention est d'éliminer quasiment toute influence de la variation transitoire de la tension d'alimentation sur la génération d'une rampe de tension aux bornes d'un condensateur de rampe. L'invention propose donc un procédé de génération d'une rampe de tension aux bornes d'un condensateur de rampe dont une première borne est connectée à une tension d'alimentation, ce procédé comportant cycliquement une phase de charge du condensateur de rampe avec un courant de charge délivré à la deuxième borne du condensateur de rampe, suivie d'une décharge de ce condensateur de rampe. Selon une caractéristique générale de l'invention, en l'absence de variations transitoires de la tension d'alimentation, on délivre un courant de charge égal à un courant constant prédéterminé, et, en présence d'une variation transitoire de la tension d'alimentation, on détermine le courant transitoire circulant dans ledit condensateur de rampe et généré par ladite variation transitoire, et on délivre un courant de charge égal à la somme algébrique dudit courant constant prédéterminé et d'un courant auxiliaire correspondant à l'opposé en signe du courant transitoire. Ainsi, que la tension d'alimentation soit sujette ou non à des variations transitoires, la charge du condensateur de rampe est toujours obtenue par le courant fourni par la source de courant constant. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement simple de l'invention, on peut déterminer le courant transitoire grâce à un condensateur auxiliaire identique au condensateur de rampe. Plus précisément, selon ce mode de mise en oeuvre, on connecte à la tension d'alimentation une première borne d'un condensateur auxiliaire identique au condensateur de rampe, la deuxième borne de ce condensateur auxiliaire étant électriquement découplée de la deuxième borne du condensateur de rampe (de façon à éviter d'obtenir deux condensateurs en parallèle). Le courant circulant dans ce condensateur auxiliaire lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation, est une image identique du courant transitoire, ledit courant auxiliaire étant alors l'opposé en signe de ce courant image. L'invention a également pour objet un dispositif électronique, comportant un condensateur de rampe possédant une première borne connectée à une tension d'alimentation, et des moyens de génération connectés à la deuxième borne du condensateur de rampe et aptes à générer une rampe de tension aux bornes de ce condensateur de rampe. Selon une caractéristique générale de l'invention, les moyens de génération comportent une source de courant constant connectée à la deuxième borne du condensateur de rampe, et des moyens auxiliaires aptes en présence d'une variation transitoire de la tension d'alimentation, à déterminer le courant transitoire circulant dans ledit condensateur de rampe généré par ladite variation transitoire, et à délivrer à la deuxième borne du condensateur de rampe un courant de charge égal à la somme algébrique du courant constant délivrée par la source de courant constant et d'un courant auxiliaire correspondant à l'opposé en signe du courant transitoire. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens auxiliaires comportent - un condensateur auxiliaire, identique au condensateur de rampe, dont une première borne est connectée à la tension d'alimentation, la deuxième borne de ce condensateur auxiliaire étant électriquement découplée de la deuxième borne du condensateur de rampe, le courant circulant dans ce courant auxiliaire lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation étant une image identique du courant transitoire, et - des moyens d'inversion connectés à la deuxième borne du condensateur de rampe, et aptes à délivrer l'opposé en signe de ce courant image. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'inversion comportent un miroir de courant connecté entre la deuxième borne du condensateur de rampe et la deuxième borne du condensateur auxiliaire, et des moyens de polarisation aptes à polariser le miroir de courant avec un courant de polarisation prédéterminé, compte tenu de l'amplitude maximale à supporter des variations transitoires de la tension d'alimentation. Ce courant de polarisation garantit un bon fonctionnement du miroir de courant et par conséquent une compensation de rampe efficace. A titre indicatif, le courant de polarisation doit être au moins trois fois plus grand que le courant image. Afin de ne pas perturber le courant de repos circulant dans les deux branches du miroir de courant lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation, les moyens de polarisation comportent de préférence une source de courant de polarisation couplée à un miroir de courant de type cascode. Afin de disposer d'une capacité dont la valeur est très peu dépendante de la variation de température et de la technologie, on utilisera de préférence un transistor PMOS pour réaliser le condensateur de rampe. Par ailleurs, la source de courant constant est de préférence une source capable de délivrer un courant constant proportionnel à la capacité surfacique du transistor PMOS. Ainsi, les dispersions sur la valeur de la capacité liées aux variations de l'épaisseur d'oxyde, peuvent être compensées dans la source de courant constant. Le dispositif selon l'invention est avantageusement réalisé sous la forme d'un circuit intégré. L'invention a également pour objet une alimentation à découpage, comportant un bloc de compensation de pente incorporant un dispositif tel que défini ci-avant. L'invention a encore pour objet un terminal distant d'un système de communication sans fil, par exemple un téléphone mobile cellulaire, incorporant une alimentation à découpage telle que définie ci-avant. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en oeuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique les principaux composants d'un mode de réalisation d'une alimentation à découpage, selon l'invention ; - la figure 2 illustre plus particulièrement, mais toujours de façon schématique, un bloc de compensation de pente, selon l'invention ; - la figure 3 illustre plus en détail, mais toujours schématiquement, une partie du bloc de compensation de pente de la figure 2 ; - la figure 4 illustre encore plus en détail une partie du bloc de compensation de pente de la figure 2 ; et - la figure 5 illustre un résultat obtenu par l'invention. Sur la figure 1, la référence ALMD désigne l'alimentation à découpage incorporée par exemple dans un téléphone mobile cellulaire TP. Sur l'exemple décrit, cette alimentation à découpage est une alimentation du type abaisseur de tension, en ce sens que la tension régulée VOUT délivrée à la sortie de l'alimentation ALMD est égale au produit de la tension d'alimentation VBAT par un coefficient a inférieur à 1. Ce coefficient a est le rapport cyclique de l'alimentation à découpage. Cette tension de sortie désirée VOUT est une tension régulée dont la valeur est fixée par la valeur d'une tension externe de référence VREF. La structure générale et le fonctionnement d'une telle alimentation à découpage sont parfaitement connus de l'homme du métier. On en rappelle ici les principales caractéristiques. L'alimentation à découpage ALMD comporte un coeur, formé de deux interrupteurs IT1 et IT2, respectivement constitués d'un transistor à effet de champ à canal P (transistor PMOS) alimenté par la tension d'alimentation VBAT, et par un transistor à effet de champ à grilles isolées à canal N (transistor NMOS) relié à la masse. Le coeur comporte également classiquement une inductance L et un condensateur C. Les interrupteurs IT1 et IT2 sont successivement et alternativement fermés et ouverts, de façon à permettre un stockage d'énergie dans l'inductance, puis une restitution de cette énergie. La durée pendant laquelle les interrupteurs sont ouverts et fermés au cours de chaque cycle, dépend du rapport cyclique a. L'alimentation à découpage ALMD comporte également une boucle d'asservissement permettant de contrôler le coeur pour obtenir la tension de sortie désirée. La différence entre la tension externe VREF et la tension de sortie VOUT est amplifiée dans un amplificateur d'erreur AMPE, et, la tension d'erreur correspondante est comparée dans un comparateur CMP à une tension en forme de rampe présente sur l'autre entrée du comparateur CMP. Cette tension en forme de rampe résulte de la circulation dans la résistance R, d'une part d'un courant délivré par un capteur de courant CPC, et, d'autre part, d'un courant délivré par un bloc de compensation de pente BCP. Le capteur de courant fournit une image du courant qui circule dans l'inductance L lorsque le transistor PMOS est passant (interrupteur IT1 fermé). La composante issue du bloc de compensation de pente va permettre de stabiliser la boucle en tension et la boucle en courant. La sortie du comparateur CMP est délivrée à un bloc numérique PN, cadencé par un signal d'horloge CLK. Ce bloc numérique PN délivre les signaux de commande des interrupteurs IT1 et IT2, ainsi qu'un signal de commande permettant de synchroniser le bloc de compensation de pente BCP. Le bloc de compensation de pente BCP comporte, comme illustré sur la figure 2, un condensateur de rampe CAP1 formé d'un transistor PMOS dont la source et le drain son reliés pour former une première borne du condensateur CAP1. Cette première borne est reliée à la tension d'alimentation VBAT. La deuxième borne du condensateur de rampe CAP1 est formée par la grille du transistor PMOS et est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un interrupteur IT3 commandé par le signal de commande SY délivré par le bloc numérique de l'alimentation à découpage. Outre ce condensateur de rampe CAP1, le bloc de compensation de pente BCP comporte une source de courant constant SCC connectée à la deuxième borne du condensateur de rampe CAP1 et apte à délivrer un courant constant qui est ici proportionnel à la capacité surfacique Cox du transistor PMOS. Une telle source de courant est connue par l'homme du métier et celui-ci pourra par exemple se référer à la demande de brevet français n 2 789 532. Le bloc BCP comporte également des moyens auxiliaires MAX qui sont, comme on va le voir plus en détail ci-après, aptes en présence d'une variation transitoire de la tension d'alimentation VBAT, à déterminer le courant transitoire circulant dans le condensateur de rampe et généré par ladite variation transitoire, et à délivrer à la deuxième borne du condensateur de rampe CAP1 un courant de charge égal à la somme algébrique du courant constant délivré par la source de courant constant SCC et d'un courant auxiliaire correspondant à l'opposé en signe du courant transitoire. Le condensateur de rampe CAP1 va être chargé par un courant de charge constant lorsque l'interrupteur IT3 est ouvert, puis va être déchargé lorsque l'interrupteur IT3 va être fermé. Ceci se reproduit cycliquement, de façon à obtenir aux bornes du condensateur de rampe CAP1 une tension en forme de rampe. Outre ces moyens, le bloc de condensation de pente BCP comporte un convertisseur tension-courant CTC qui permet de transformer la rampe de tension aux bornes du condensateur de rampe CAP1 en un courant IOUT. Ce convertisseur tension-courant CTC est formé ici d'un amplificateur opérationnel AOP connecté, d'une part, à la deuxième borne du condensateur de rampe CAP1, et contre-réactionné d'autre part, par l'intermédiaire d'un transistor NMOS Ml dont la source est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance. Le drain du transistor Ml délivre, par l'intermédiaire d'un miroir de courant formé de deux transistors PMS M2 et M3, le courant de sortie IOUT. Sur la figure 3, on voit que les moyens auxiliaires MAX comportent un condensateur auxiliaire CAP2. Ce condensateur auxiliaire est identique au condensateur de rampe CAP1. Il est formé ici également par un transistor PMOS dont la source et le drain sont reliés ensemble et forment la première borne B21 de ce condensateur auxiliaire, reliée à la tension d'alimentation VBAT. La deuxième borne B22 du condensateur auxiliaire est électriquement découplée de la deuxième borne B12 du condensateur de rampe. En d'autres termes, ceci signifie que le condensateur auxiliaire CAP2 n'est pas électriquement connecté en parallèle aux bornes du condensateur de rampe CAP1. Le courant circulant dans ce condensateur auxiliaire CAP2, lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation VBAT, est alors une image identique du courant transitoire qui circule dans le condensateur de rampe CAP1 lors de cette même variation transitoire d'alimentation. Les moyens auxiliaires MAX comportent alors des moyens d'inversion connectés à la deuxième borne B12 du condensateur de rampe CAP1, et aptes à délivrer l'opposé en signe de ce courant image. Ainsi, lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation VBAT, le courant transitoire résultant de cette variation et circulant dans le condensateur de rampe CAP 1, est compensé par le courant image injecté sur la grille de ce condensateur de rampe CAP1, et, par conséquent, le courant de charge de ce condensateur de rampe reste égal au courant constant délivré par la source de courant SCC. Un mode de réalisation de ces moyens auxiliaires MAX est illustré plus précisément sur la figure 4. zu La copie avec inversion de signe du courant IC2 circulant dans le condensateur auxiliaire MC2 lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation VBAT, est obtenue par un miroir de courant formé de deux transistors NMOS, respectivement référencés MN1 et MN2. Ce miroir de courant réalise également le découplage électrique entre la deuxième borne B22 du condensateur auxiliaire et la deuxième borne B12 du condensateur de rampe. Ce miroir de courant est polarisé par des moyens de polarisation délivrant un courant de polarisation IBIAS. La compensation du courant transitoire circulant dans le condensateur de rampe avec l'opposé du courant image, est pleinement fonctionnelle tant que les courants de drain IN1 et IN2 des transistors MN1 et MN2 sont égaux. Or, lors de variations négatives sur la tension d'alimentation VBAT, le courant IP2 est absorbé par le condensateur auxiliaire CAP2. Le courant IN2 peut donc tendre vers zéro. Dans ces conditions, la recopie de courant entre les transistors MN2 et MN1 ne peut plus fonctionner correctement et la compensation perd de son efficacité. Aussi, pour remédier à ce problème, c'est-à-dire pour pouvoir compenser des transitions rapides sur la tension d'alimentation, il faut que le courant IP2 soit suffisamment grand. De ce fait, une partie du courant IP2 peut être absorbée par le condensateur auxiliaire CAP2, tandis que la partie restante permet de polariser le transistor MN2 et d'assurer la recopie de courant entre le transistor MN2 et le transistor MN1. Aussi, il convient de choisir le courant de polarisation IBIAS en fonction de l'amplitude des variations transitoires de la tension d'alimentation que l'on veut pouvoir supporter. On choisira de façon générale un courant de polarisation IBIAS capable de maintenir le noeud ND1 potentiel constant supérieur à la tension grille/source du transistor MN2. L'homme du métier saura ajuster la valeur de ce courant de polarisation IBIAS. Ceci étant, à titre indicatif, ce courant de polarisation doit être au moins trois fois plus grand que le courant image IC2, par exemple de l'ordre de trois à vingt fois plus grand. Les moyens de polarisation du miroir de courant MN1, MN2 comportent, outre la source de courant de polarisation délivrant le courant IBIAS, un miroir de courant MPI, MP2, MP10 et MP20, de type cascode. Le miroir de courant de type cascode réalise une isolation vis- à-vis de la tension d'alimentation VBAT et permet ainsi de ne pas perturber le courant de repos IP2 lors de variations de la tension d'alimentation VBAT. La figure 5 illustre l'effet obtenu par l'invention. Sur la partie haute de la figure 5, on a représenté une variation transitoire sur la tension d'alimentation VBAT, tandis qu'on a représenté sur la partie basse de la figure 5 la courbe TRI représentative d'une tension de rampe sans correction selon l'invention, et une courbe TR2 représentative d'une tension de rampe avec correction selon l'invention. On voit que, lors de l'apparition de la variation transitoire, le niveau de la tension de rampe corrigée TR2 reste au voisinage inférieur du niveau avant variation et est bien supérieur au niveau d'une tension de rampe TRI non corrigée. De même, lors de la disparition de la variation de la tension d'alimentation, le niveau de la tension de rampe corrigée TR2 reste au voisinage supérieur du niveau de la tension de rampe en l'absence de variation, et est bien inférieur au niveau d'une tension de rampe non corrigée TRI. REVENDICATIONS 1-Procédé de génération d'une rampe de tension aux bornes d'un condensateur de rampe dont une première borne est connectée à une tension d'alimentation, comportant cycliquement une phase de charge du condensateur de rampe avec un courant de charge délivré à la deuxième borne du condensateur de rampe suivie d'une décharge de ce condensateur de rampe, caractérisé par le fait qu'en l'absence de variation transitoire de la tension d'alimentation (VBAT), on délivre un courant de charge égal à un courant constant prédéterminé, et en présence d'une variation transitoire de la tension d'alimentation, on détermine le courant transitoire circulant dans ledit condensateur de rampe (CAP1) et généré par ladite variation transitoire, et on délivre un courant de charge égal à la somme algébrique dudit courant constant prédéterminé et d'un courant auxiliaire correspondant à l'opposé en signe du courant transitoire. 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on connecte à la tension d'alimentation une première borne (B21) d'un condensateur auxiliaire (CAP2) identique au condensateur de rampe (CAP1), la deuxième borne (B22) de ce condensateur auxiliaire étant électriquement découplée de la deuxième borne (B12) du condensateur de rampe (CAP1), le courant circulant dans ce condensateur auxiliaire lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation étant une image identique du courant transitoire, ledit courant auxiliaire étant l'opposé en signe de ce courant image. 3-Dispositif électronique, comportant un condensateur de rampe possédant une première borne connectée à une tension d'alimentation, et des moyens de génération connectés à la deuxième borne du condensateur de rampe et aptes à générer une rampe de tension aux bornes de ce condensateur de rampe, caractérisé par le fait que les moyens de génération comportent une source de courant constant (SCC) connectée à la deuxième borne (B12) du condensateur de rampe (CAP1), et des moyens auxiliaires (MAX) aptes en présence d'une variation transitoire de la tension d'alimentation, à déterminer le courant transitoire circulant dans ledit condensateur de rampe et généré par ladite variation transitoire, et à délivrer à la deuxième borne (B12) du condensateur de rampe (CAP1) un courant de charge égal à la somme algébrique du courant constant délivré par la source de courant constant et d'un courant auxiliaire correspondant à l'opposé en signe du courant transitoire. 4-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens auxiliaires (MAX) comportent un condensateur auxiliaire (CAP2), identique au condensateur de rampe (CAP1), dont une première borne (B21) est connectée à la tension d'alimentation, la deuxième borne (B22) de ce condensateur auxiliaire (CAP2) étant électriquement découplée de la deuxième borne (B12) du condensateur de rampe (CAP1), le courant circulant dans ce condensateur auxiliaire lors d'une variation transitoire de la tension d'alimentation étant une image identique du courant transitoire, et des moyens d'inversion (MIV) connectés à la deuxième borne du condensateur de rampe, et aptes à délivrer l'opposé en signe de ce courant image. 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens d'inversion (MIV) comportent un miroir de courant (MN1, MN2) connecté entre la deuxième borne du condensateur de rampe et la deuxième borne du condensateur auxiliaire, et des moyens de polarisation aptes à polariser le miroir de courant avec un courant de polarisation prédéterminé compte tenu de l'amplitude maximale à supporter des variations transitoires de la tension d'alimentation. 6-Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le courant de polarisation (IBIAS) doit être au moins trois fois plus grand que le courant image. 7-Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que les moyens de polarisation comportent une source de courant de polarisation couplée à un miroir de courant de type cascode (MPI, MP2, MP10, MP20). 8-Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que le condensateur de rampe (CAP1) est réalisé par un transistor PMOS, et par le fait que la source de courant constant est apte à délivrer un courant constant proportionnel à la capacité surfacique du transistor PMOS. 9-Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est réalisé sous forme d'un circuit intégré. 10-Alimentation à découpage, comportant un bloc de compensation de pente incorporant un dispositif selon l'une des revendications 3 à 9. 11-Terminal distant d'un système de communication sans fil, caractérisé par le fait qu'il incorpore une alimentation à ; découpage selon la revendication 10. 12-Terminal selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il constitue un téléphone mobile cellulaire.